关键词： 数字孪生   变压器故障   薄膜传感器   GA-BP  

摘要： 为了实现精度更高的变压器故障诊断,基于石墨烯材料传感器技术进行变压器的故障诊断研究。以NMOs修饰石墨烯材料为原材料进行4种薄膜气敏传感器的制备,并将其用于变压器的故障气体采集;使用基于GA-BP神经网络的预测模型作为变压器故障诊断模型,并通过数字孪生可视化技术进行展示。试验结果表明,分别以ZnO-rGO、CuO-GO-CuO、SnO_(2)-GO-SnO_(2)-Ag为原材料制备的气敏薄膜传感器对变压器故障气体中的CH4、H2和C2H2具有良好的敏感性,分别达到了12.11%、10.05%和16.14%;使用设计的基于GA-BP神经网络的预测模型进行故障气体浓度预测时精度较高。

关键词： 导电石墨烯   乙炔炭黑   丁腈橡胶   导电性能   拉伸强度  

摘要： 以导电石墨烯和导电炭黑为功能填料,以丁腈橡胶(NBR)为基胶,制备出导电性能较好的导电橡胶材料。以导电石墨烯为变量设计了6种不同的组分,开展了复合材料塑性、硫化性能、基本性能、力学性能、老化性能、高温性能性能、导电性能和电磁屏蔽效能实验,探究了加入导电石墨烯对导电炭黑/丁腈橡胶复合材料性能的影响规律。结果表明,在导电炭黑/丁腈橡胶复合材料中加入导电石墨烯,可提高复合材料的导电性,使之作为导电橡胶使用,如填充3份以上(质量份)石墨烯,材料具有一定的电磁屏蔽功能;也能降低复合材料的硫化时间,降低生产成本;导电石墨烯的添加对丁腈橡胶复合材料的热氧老化性能影响较大,但对高温性能影响较小;另外,导电石墨烯的添加会降低复合材料的力学性能,拉伸强度和撕裂强度降低率分别为7%和7.4%。在后续的研究中,将针对导电石墨烯在橡胶中的分散情况进行研究,改善其与橡胶材料的相容性。

关键词： 氧化石墨烯   聚苯胺   氟硅丙乳液   复合涂层   防腐蚀  

摘要： [目的]为了提高丙烯酸酯乳液涂层的防腐蚀性能,需在乳液聚合时引入功能单体,并在乳液中添加功能填料,以阻止腐蚀介质的侵入。[方法]以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)及苯胺(Ani)为功能单体,通过无皂乳液聚合法制备了氟硅丙烯酸酯-苯胺共聚乳液(FSiAc-Ani);再以木质素磺酸钠为改性剂,制备了磺酸改性氧化石墨烯(SO_(3)H-GO)。在Q235钢表面制备了磺酸改性氧化石墨烯/氟硅丙-苯胺共聚乳液(SO_(3)H-GO/FSiAc-Ani)复合防腐蚀涂层。探讨了改性GO的种类、用量及不同的复合方法对复合涂层性能(尤其是防腐蚀性能)的影响。[结果]当SO_(3)H-GO用量为1.25%(相对于FSiAc-Ani乳液的质量)时,SO_(3)H-GO/FSiAc-Ani复合涂层的干、湿附着力均为0级,吸水率为1.78%,水接触角为96.56°,低频阻抗模值最大,腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最小。[结论]相比于单纯共混的硅烷改性氧化石墨烯/聚苯胺/氟硅丙乳液(Si-GO/PANI/FSiAc)和磺酸改性氧化石墨烯/聚苯胺/氟硅乳液(SO_(3)H-GO/PANI/FSiAc)复合涂层,SO_(3)H-GO/FSiAc-Ani复合涂层对Q235钢具有更优异的防腐蚀性能。

关键词： 氧化石墨烯   水泥基   力学特性   微观机理   纳米材料  

摘要： 氧化石墨烯(Graphene Oxide,简称GO)是石墨烯的衍生物,因其上官能团增多而具备更为活泼的性质。水泥基材料作为目前使用范围最广的建筑材料,其性能的优化一直是研究者们关注的重点。而GO为一种特殊的纳米材料,因其独特的物理和化学性质,被广泛应用于水泥基材料的改性研究中。这些研究主要集中在GO的制备、分散及其在水泥基材料中的应用效果等方面。这种新型复合材料不仅克服传统水泥基材料的一些固有缺陷,在力学、耐久性等方面展现出显著的优势。

关键词： 聚偏氟乙烯   石墨烯   中空纤维膜   无溶剂法   β晶型  

摘要： 为了解决在纺丝制膜过程中有机污水排放问题,采用无溶剂法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/石墨烯(GE)中空纤维膜。将PVDF、GE和功能粒子熔融共混制备初生中空纤维膜,利用后拉伸和GE协同作用重新设计PVDF晶体结构,探究不同拉伸比对中空纤维膜晶型转变和力学性能以及渗透性能的影响,观察不同拉伸比中空纤维膜的表面形貌,并利用一系列仪器测试了膜的孔径分布、力学性能和渗透性能。结果表明:制备的PVDF/GE中空纤维膜内部存在α晶型向β晶型转变,拉伸后GE在中空纤维膜内部形成石墨烯通道,拉伸比越大,内部晶型转化越多,中空纤维膜的力学性能和渗透性能越好;当拉伸比达到100%时,中空纤维膜的断裂强度可达37.8MPa,内部β晶型含量为68.64%,煤油通量可达965.64L/(m^(2)·h)。

关键词： graphene   gold resources recovery and reuse   solar steam evaporator   sustainable development  

摘要： A solar steam evaporator provides a sustainable and efficient alternative water purification solution to address the global freshwater *** efforts have made significant advances in maximizing its water evaporation rate,but no single evaporator has all the properties necessary for practical point-of-use application,including a high efficiency for generation of drinkable water,an excellent portability critical for on-site water purification,good washability for mitigating evaporator fouling,and good *** report a strategy to produce a high-performance photothermal material for point-of-use water *** simultaneously incorporating graphene and gold particles grown from recycled electronic waste in a mechanically strong sponge,we achieved highly efficient water purification under realistic *** addition to a high evaporation rate(3.55 kg/m^(2)/h under one-sun irradiation)attributed to a control of atomic structure of graphene and the size-dependent surface plasmon resonance of gold nanoparticles,it is portable which can be folded,vacuum compacted,dried and rehydrated without compromising *** also allows repeated washing to remove contaminant fouling so that it can be *** evaporator transforms various types of contaminated water into drinkable clean water,and can be mounted at any angle to optimize the incident solar ***,the assembled steam evaporator device could gain purified water meeting the World Health Organization drinking water standards with a high evaporation rate of 9.36 kg/m^(2)/h under outdoor sunlight.

关键词： 石墨烯   冷喷涂   阳极氧化   耐磨性   自润滑   复合涂层  

摘要： 目的增强冷喷涂铝合金-阳极氧化复合涂层的耐磨性能,充分利用二维层状石墨烯优异的润滑特性,探究石墨烯对复合涂层相关性能的作用机理。方法采用超声分散和磁力搅拌的方法,利用铝粉的还原性将氧化石墨烯原位还原为还原氧化石墨烯(rGO),将其包覆在7075Al合金颗粒的表面,通过冷喷涂和阳极氧化的复合工艺将铝合金的阳极氧化工艺“移植”到钢材表面,制备出7075Al-AAO和G/7075Al-AAO两种复合涂层。通过扫描电子显微镜SEM、X射线衍射、X射线能谱、拉曼光谱等手段分析涂层的形貌、成分、结构,开展涂层的硬度和摩擦磨损试验,最后通过SEM、3D激光共聚焦法观察磨痕形貌,并计算磨损率。结果7075Al-AAO涂层的硬度为208.1HV0.1,而G/7075Al-AAO涂层的硬度为319.1HV0.1,相较于经石墨烯改性前涂层的硬度提高了53.3%;G/7075Al-AAO涂层表现出更低的磨损率(4.42×10^(–4)mm^(3)·N^(–1)·m^(–1))和更小的摩擦因数(约为0.2),其磨损率相对于改性前涂层降低了近45%,摩擦因数仅为改性前涂层的1/2。结论经过石墨烯包覆改性与复合工艺处理后制备的G/7075Al-AAO涂层具有更高的硬度,更优异的减摩和耐磨性,这归因于原位转移并均匀分散于阳极氧化膜中的rGO增强了涂层的致密性和结合力,同时发挥了高强度和润滑减摩特性。石墨烯原位包覆改性及冷喷涂复合阳极氧化技术对高性能铝基耐磨涂层制备具有技术指导意义。

关键词： 氧化石墨烯   漆酶   综合性实验   电催化性能   双氧水还原  

摘要： 针对当前物理化学实验教学实践中存在的内容陈旧、技术和测试手段单一以及教学目标与研究前沿热点脱节等缺陷,提出新的学科交叉性物理化学实验,以替换现行的技术单一的验证性实验。通过此实验的开设,培养学生综合运用光谱学和电化学技术评估酶分子与载体各基元间相互作用对固酶石墨烯复合物电子迁移以及电催化效能的影响,并掌握相关理论要点和数据处理方法。该实验与光电化学传感器研究前沿密切相关,实施难度较低且具有可操作性。该实验目的在于分析和评估固酶电极的直接电化学行为和电催化氧还原性能。

关键词： 碳捕集   氧化石墨烯   分子模拟   CO_(2)   烟道气  

摘要： 利用分子动力学模拟方法探究了CO_(2)被氧化石墨烯(GO)吸附的微观机理.设计了带有纳米孔洞的双层GO膜,模拟了从烟道气中将CO_(2)吸附并分离出来的过程.结果表明,GO对CO_(2)的吸附主要依靠静电相互作用.CO_(2)平行靠近GO膜上未被氧化区域或者环氧基时,静电相互作用使得CO_(2)被吸附.CO_(2)靠近羟基时,CO_(2)中氧原子能够与羟基上的氢原子形成氢键,使得CO_(2)被吸附.GO膜能够有效地将CO_(2)和N_(2)分离开来,全C修饰的GO膜允许两种气体分子顺利通过,并且对渗透进来的CO_(2)具有较好的吸附效果,能将两种气体分离开来.有H原子参与修饰的孔洞边缘会减小孔洞的物理尺寸,抑制气体分子通过.全N修饰的GO膜会明显抑制N2分子透过,提高对CO_(2)的选择性.这些成果对GO更高效地应用于捕集烟道气中的CO_(2)有重要指导意义.

关键词： 粘弹性   石英晶体微天平   芯片   铜离子   聚电解质膜   自组装  

摘要： 土壤-地下水污染威胁用水安全和人民健康。石英晶体微天平(QCM)可发展为土壤-地下水污染的现场快速评估技术。本研究构建了氧化石墨烯(GO)/聚电解质自组装膜改性QCM传感芯片,以提高电极选择性和灵敏度,并探究溶液离子强度和pH对重金属富集的影响。聚乙烯亚胺(PEI)和羧甲基壳聚糖(CMC)是2种水溶性高分子聚电解质,可利用其分子间静电引力层层自组装构建多层聚电解质膜,并通过QCM的频率-耗散曲线实时检测组装过程中膜质量和粘弹性的变化。研究发现在自组装过程中膜质量随组装层数呈“指数型”增加,而膜粘弹性却呈现“振荡型”变化,表明膜构象发生交替变化。带正电的PEI表面比带负电的CMC表面更利于GO负载,且负载量随膜层数增加而增加。利用电子显微镜和原子力显微镜观察到GO的沉积方式包括平面单层沉积和多向多层沉积,且膜表面呈现卷曲粗糙的形貌特征。聚电解质膜层数影响Cu^(2+)的吸附容量,其中GO负载的三层聚电解质自组装膜(GO-PEI/CMC/PEI)吸附容量最高,但需更长时间达到吸附平衡,80 min仍无法平衡。GO-PEI/CMC/PEI对低浓度Cu^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)都具有较好的富集效果。Cu^(2+)的结合方式包括通过静电引力形成的可逆吸附和通过配位络合形成的不可逆吸附,且随离子强度增加,配位络合逐渐占主导。溶液pH降低导致膜内分子所带正电荷增加,可能通过静电斥力造成多层膜溶胀而暴露更多结合位点,从而增加Cu^(2+)的富集量。本研究结果表明GO/聚电解质自组装膜改性芯片可提高对重金属离子的富集效果,但会受溶液离子强度和pH的影响。基于改性QCM传感芯片对污染物的富集检测需考虑溶液理化性质的影响。本研究为进一步发展QCM芯片用于原位重金属污染浓度快速检测提供有力支撑。