关键词： Reduced graphene oxide   Photocatalysis   Reactive oxygen species   Antibacterial properties   Bone scaffold  

摘要： Fast electron-hole recombination issues during titanium dioxide(TiO_(2))photocatalysis limit its application in preventing bacterial infection during bone defect *** this study,TiO_(2)@reduced graphene oxide(rGO)composites were synthesized using a hydrothermal method in which rGO,which possesses very high electrical conductivity,promotes the separation of photoelectron-hole pairs of TiO_(2),thus improving the efficiency of photocatalytic production of reactive oxygen species(ROS).Subsequently,TiO_(2)@rGO composites were introduced into poly-L-lactic acid(PLLA)to prepare bone scaffolds with photocatalytic antibacterial function via selective laser *** results showed that TiO_(2)grew on the surface of rGO and formed a covalent bond connection(Ti-O-C)with rGO.A decreased electrochemical impedance of TiO_(2)@rGO composites was observed,and the transient photocurrent intensity increased from 0.05 to 0.5μA/cm^(2).Analysis of electron spin resonance found that the photocatalytic products of TiO_(2)were·OH and·O^(2-),two kinds of ROS capable of killing bacteria via disrupting the structure of the bacterial membrane in *** experiments showed that the PLLA/TiO_(2)@rGO scaffolds had good antibacterial properties against Escherichia coli and Staphylococcus ***,we report that these scaffolds exhibited both enhanced mechanical properties due to the addition of TiO_(2)@rGO as a reinforcement material and good biocompatibility during cell proliferation.

关键词： 电极材料   超级电容器   水热合成法   Co_(3)O_(4)   氧化石墨烯(GO)   循环稳定性   电容特性  

摘要： 为评估电极材料Co_(3)O_(4)/石墨烯复合材料在超级电容器中的性能,并提高电化学活性和稳定性,采用水热合成法制备Co_(3)O_(4)/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料,研究氯化钴添加量和复合材料后处理烘干温度对电极电化学性能的影响。氯化钴与氧化石墨烯(GO)物质的量比为16∶1、烘干温度为250℃时,能充分发挥Co_(3)O_(4)与GO的协同作用,制备的复合材料电化学性能较好。得益于束状棱柱组成的花朵样团簇状结构,Co_(3)O_(4)良好地附着在GO表面,能阻止团聚,提高活性材料的利用率,改善电极材料的电容特性。Co_(3)O_(4)/rGO复合材料以0.5 A/g电流在0~0.55 V充放电,比电容为281 F/g,比能量为11.38 W·h/kg;当电流增到1.0 A/g时,比电容为223 F/g,仍能达到0.5 A/g时的79.4%,展现出良好的循环稳定性。

关键词： 激光诱导石墨烯   光敏垫   激光雕刻   微锥结构   电容式压力传感器  

摘要： 为解决压力传感器中的高灵敏度和宽传感范围的平衡问题,受日常应用中光敏印章技术的启发,采用光敏印章辅助掩模技术制作基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)锥形微结构的石墨烯压力传感器,并且研究了不同圆锥尺寸对压力传感器灵敏度的影响。结果表明,PDMS锥形结构的圆锥半径为1.5 mm时可有效提高灵敏度,双层PDMS锥形微结构的石墨烯压力传感器在0~0.5 kPa的工作范围时,灵敏度可达0.082 7 kPa^(-1);工作范围为0.5~3.0 kPa时,灵敏度为0.293 6 kPa^(-1),是目前相同种类、相同结构材料灵敏度的2.4倍。该双层PDMS锥形压力传感器具有62.5 ms的响应时间,125 ms的恢复时间,并呈现优异的重现性,适用于医疗保健、可穿戴电子、智能包装等领域。

关键词： 氧化石墨烯   卷荚相思   种子萌发   幼苗生长  

摘要： 为分析不同浓度氧化石墨烯(GO)对卷荚相思种子萌发和幼苗生长的影响,筛选合适的处理方式以提高良种播种品质,以该树种当年采收种子和贮存5年的陈种子为研究对象,设置不同GO浓度,分别为0(CK)、25、50、100、200、400和800 mg/L,测定其在不同处理下发芽率等萌发指标、幼苗株高等生长指标和可溶性糖等内含物质积累情况。结果表明,随着GO处理浓度的变化,卷荚相思种子的萌发指标、幼苗生长和内含物积累量呈现出不同的变化趋势。100 mg/L GO处理下新、陈种子发芽率和发芽势表现最佳;200mg/L GO处理下幼苗株高、鲜重、可溶性糖和总蛋白含量较CK增长幅度最高。综上,100~200 mg/L GO处理能够有效促进该树种新、陈种子发芽、幼苗生长和内含物质积累。本研究为卷荚相思良种繁育方法改进提供参考。

关键词： 多孔石墨烯薄膜   结构优化   预碳化处理   多步激光刻蚀   电容性能  

摘要： 目的解决多孔石墨烯薄膜作为电极时离子传输受阻碍的问题。方法提出一种先将石墨烯前驱体预碳化处理,随后利用多步激光刻蚀方法来优化所制备的多孔石墨烯薄膜结构的方法,对石墨烯薄膜的表面形貌、晶体质量、湿润性和电化学性能进行表征,并探索其在电化学储能器件中的应用。结果将石墨烯前驱体在300℃的温度下预碳化处理2 h后,可以使其在后续的激光刻蚀处理中形成具有稳定结构的石墨烯薄膜材料,这与预碳化导致前驱体中的有机小分子分解,使内部交联程度更高有关,从而在CO_(2)激光的重复作用下保持良好的基底稳定性。拉曼光谱的分析结果表明,预碳化处理后的样品在激光重复刻蚀的过程中可以对石墨烯结构优化过程进行直接观测,且在温度300℃下处理后具有更宽的演化范围。SEM扫描电子显微镜的表征结果显示,300℃预碳化后前驱体衍生的石墨烯薄膜具有典型的三维网络多孔结构,形成天然的离子传输通道。此外,电阻行为分析结果表明石墨烯薄膜具有一定程度的晶体缺陷能获得更优异的离子传输能力,促进电化学反应的发生,在1 mol/L的H2SO4电解质中面积比电容为124.6 mF/cm^(2),将其组装成微型电化学储能器件后也保持了优异的储电能力和循环稳定性。结论通过优化多孔石墨烯薄膜的结构来解决离子传输问题,进而获得显著提高的电化学性能,为制备兼具高储电能力和优异稳定性的电极材料提供了设计思路。

关键词： 石墨烯   聚吡咯   磷化镍   析氧反应   阻抗  

摘要： 为了设计和开发一种经济高效的析氧反应(OER)催化剂,采用化学氧化法和水热法等方法,使用聚吡咯(ppy)对还原氧化石墨烯(rGO)进行功能化改性,再结合磷化镍(Ni_(2)P),制备Ni_(2)P/ppy/rGO催化剂。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料进行结构和形貌表征,再通过电化学测试研究了催化剂的析氧反应性能。结果表明,Ni_(2)P/ppy/rGO具有良好的电催化性能,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时,需要的过电势(258 mV)较小,表现出比ppy/rGO(319 mV)、Ni_(2)P/ppy(323 mV)更好的电催化析氧性能。Ni_(2)P/ppy/rGO催化剂相应的塔菲尔斜率(74.0 mV·dec^(-1))也较小,表明其在析氧反应中具有较好的催化动力学性能。

关键词： 综合性实验   科学引导   石墨烯   光学对比度  

摘要： 为了激发学生的科研兴趣,培养创新型人才,紧扣纳米技术科学前沿,设计了基于光的干涉效应和对比度成像表征二维材料层数分布的综合性实验。实验选取带有多层晶畴的大面积单层石墨烯薄膜,利用光学显微镜采集图像,通过光学对比度成像对石墨烯的层数和分布情况进行分析和表征。进一步利用灰度值叠加了各三原色分量的对比度权重,实现了能够高精度区分层数和晶界的高分辨对比度成像。结合该实例探究光的干涉效应对光学对比度的影响。在实验过程中,增强学生对新型二维半导体材料的认识,加深对光的干涉效应理解,通过显微镜操作培养学生的动手能力,通过数据拟合和分析培养学生的科学思维能力。将科学前沿与实验教学有机统一,提升了实验的创新性、趣味性和实用性。有利于培养学生的实践能力、科学素养与创新能力。

关键词： 石墨烯   橡胶   分子动力学   界面黏附性   界面黏附机理  

摘要： 为探究石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能及黏附机理,采用光电比色法和接触角法对石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附性能进行了研究。利用分子动力学软件MS构建了沥青与集料的界面模型,以黏附功对沥青与集料的界面黏附性能进行了量化。从原子尺度对沥青与集料间的黏附机理以及温湿敏感性进行了分析研究。结果表明:集料种类对于黏附性能的影响要明显大于沥青种类对于黏附性能的影响;在碱性集料缺乏的地区,石墨烯/橡胶复合改性沥青与花岗岩的黏附性效果最优,因此此类地区推荐使用石墨烯/橡胶复合改性沥青作为沥青胶结料;石墨烯/橡胶复合改性沥青可以明显改善沥青与集料的黏附性能,随着集料氧化物碱性增强,沥青中的极性分子在集料表面从“倾斜分布”转为“平行分布”,从而增强沥青与集料间的黏附性能。本研究在微细观层面揭示了石墨烯/橡胶复合改性沥青与集料的界面黏附机理,旨在为石墨烯/橡胶复合改性沥青路面的设计提供指导。

关键词： 石墨烯   医用   热理疗   超温   柔性   接触电阻   可穿戴设备  

摘要： 目的研究石墨烯热理疗类医疗器械的发热特性,为石墨烯在医疗器械中的应用及质量评价提供思路和参考。方法参照YY 9706.235-2021标准中温度均匀性的测试方法分布温度传感器并读取温度进行数据计算,以研究石墨烯加热片的发热均匀性;利用红外热像仪观察温度分布情况,研究其发热特性;利用特制工装对加热片多次弯折,进行弯折寿命试验。结果样品的4个测试点温度分别为(58.71±1.73)、(58.95±1.68)、(58.90±1.91)和(58.25±1.89)℃,而参考点的温度为(67.05±3.65)℃,远高于测试点温度,且参考点温度与测试点温度差异有统计学意义(F=10.616,P<0.001);石墨烯加热片在加热10s左右便可达到温度最大值;石墨烯加热片在30000次弯折试验后,仍保持优异的发热特性。结论石墨烯加热片在热理疗类医疗器械中具有独特的应用优势,如弯折性好、加热速度快、石墨烯区域发热均匀性好等,但是在金属接触区域存在超温的情况。

关键词： 复合相变材料   功能化石墨烯   热导率   分子动力学模拟  

摘要： 石蜡(PA)作为相变储能的储能介质因导热系数低限制了其在工业领域的应用,重点探究不同功能化石墨烯与石蜡共掺对复合相变材料(CPCM)热导率及玻璃化转变温度的影响,建立了纯十八烷体系模型、未功能化石墨烯(GN)以及分别接枝羟基(—OH)、氨基(—NH_(2))和羧基(—COOH)官能团的石蜡/功能化石墨烯复合体系模型。使用非平衡分子动力学方法得出了材料的热导率、玻璃化转变温度。通过计算体系结构参数,从均方位移、径向分布函数分子层面阐释了材料热力学性能增强的内在机理。结果表明:各项石蜡复合相变材料体系热性能均有不同幅度的提升,其中PA/GN-NH_(2)在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,其热导率较掺杂前提升了69.19%、玻璃化转变温度提升了2.3%;从均方位移(MSD)可以看出,GN的引入提高了玻璃化转变温度,增强了体系的稳定性,尤其以GN-NH_(2)最为明显,玻璃化温度达到307K,从径向分布函数看出,添加GN可以显著改变烷烃分子有序度,改善热输运效果。所得结果可为复合相变材料的掺杂设计、性能调控提供理论支持。