关键词： 复合材料   石墨烯掺杂的聚吡咯   钴镍双金属氢氧化物   电控离子交换   磷酸根   分离  

摘要： 采用两步电沉积法制备一种花簇状石墨烯掺杂的聚吡咯/双金属氢氧化物（PPy-G/Co Ni-LDH）杂化膜，使用XRD、SEM、XPS和TEM等手段表征其组成、结构和微观形貌。通过电控离子交换技术（Electrically switched ion exchange,ESIX）将其用于对水中PO34-的吸附/脱附，采用电化学手段研究了磷酸盐浓度、吸附电位、酸碱性以及共存离子等因素对其吸附磷酸根离子性能的影响。结果表明，吸附电位和初始磷酸盐浓度的提高都使PPy-G/Co Ni-LDH对PO34-的吸附量提高。在吸附电位为0.8 V条件下对10 mg·L-1溶液中PO34-的吸附量可达40.23 mg·g-1；在中性和微碱性条件下PPy-G/Co Ni-LDH的吸附性能良好；在7次循环吸附/脱附过程中，PPy-G/Co Ni-LDH的吸附稳定性较高。

关键词： 石墨烯   环氧树脂   导热性能   热膨胀性能   吸波性能  

摘要： 在5G通信时代,电子元件(如微处理器和射频芯片)正朝着微型化、集成化和高频化方向发展,微电子器件的主要失效原因是高的工作温度和强的电磁干扰,因此对高性能电子封装材料提出迫切需求。环氧树脂广泛用于电子封装材料,然而环氧树脂的热导率低,热膨胀系数高,并且无法吸收电磁波,单靠环氧树脂已经难以应对日益复杂的应用环境,需要开发兼具导热和吸波性能的环氧树脂基复合材料。本文以石墨烯为导热填料和吸波填料,通过调控石墨烯/环氧树脂复合材料的微观结构(石墨烯化学结构)和宏观结构(石墨烯在环氧树脂基体空间排布),兼顾复合材料的导热、热膨胀和吸波性能。利用冰模板法制备了孔隙定向排列的石墨烯气凝胶,在制备复合材料前将气凝胶进行高温退火,通过实验测量系统研究了石墨烯含氧量和缺陷数量对复合材料导热、热膨胀和吸波性能的影响机制。主要研究结果如下: (1)通过改变石墨烯水凝胶的定向冷冻温度调控气凝胶的孔隙结构,明确了孔隙结构与冷冻速率的关系。在-20℃下对石墨烯水凝胶进行定向冷冻,得到的石墨烯气凝胶具有适宜的孔径和壁厚,能够承受3000℃高温退火而不发生结构收缩和坍塌,并且不影响后续的环氧树脂浸渗。 (2)通过拉曼光谱、X射线衍射、红外光谱、光电子能谱、透射电镜和元素分析等技术手段,明确了气凝胶中石墨烯的含氧官能团和缺陷随退火温度(600～3000℃)的演变机制,实现了在3000℃退火恢复石墨烯的固有晶体结构。采用分子动力学计算验证了石墨烯的热导率与化学结构之间的关系,为开发高导热石墨烯/环氧树脂复合材料提供理论依据。3000℃退火后,复合材料的热导率达到69.74 W m-1 K-1,石墨烯含量为11.22 wt.%,实现了在较低的石墨烯填充量下有效提高了复合材料的热导率。作为对比,如果气凝胶没有经过3000℃退火,所制备的复合材料的热导率仅为0.18 W m-1 K-1。 (3)通过改变冷冻温度调控石墨烯气凝胶的孔径和壁厚,通过改变退火温度调控石墨烯气凝胶的含氧官能团数量和缺陷数量,阐明了气凝胶孔隙结构和石墨烯化学结构对石墨烯/环氧树脂复合材料的热膨胀系数的影响规律。三维石墨烯网络结构和石墨烯负热膨胀特性,使得所制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的热膨胀系数显著小于环氧树脂,明确了高导热复合材料的热膨胀系数具有各向异性,这有利于保护电子器件。 (4)揭示了石墨烯的含氧官能团和缺陷数量对石墨烯/环氧树脂复合材料的吸波性能的影响机制,明确了石墨烯/环氧树脂复合材料的损耗机制主要为极化损耗、电导损耗和结构损耗。通过石墨烯的微观结构和宏观结构设计,实现了添加单一石墨烯填料,制备综合性能优异的石墨烯/环氧树脂复合材料。所制备的石墨烯/环氧树脂复合材料具有导热和吸波双重功能,适用于微电子器件日益复杂的工作环境,为开发其它体系的石墨烯/聚合物复合材料的设计制备提供了理论参考。

关键词： 石墨烯   导电胶   环氧树脂   固化动力学  

摘要： 以环氧树脂为基体，制备了银粉导电胶，再以石墨烯与环氧树脂为原料，采用溶液共混法制备了环氧化石墨烯，将所制环氧化石墨烯加入导电胶中。对所制备的导电胶进行扫描电子显微镜、红外光谱、X射线粉末衍射、体积电阻率、力学性能与固化动力学测试。结果表明：导电胶导电性与拉伸剪切强度大幅度提升，其中银粉-环氧树脂-环氧化石墨烯导电胶体积电阻率为0.001Ω·cm,与未添加环氧化石墨烯的银粉-环氧树脂导电胶相比体积电阻率降低了99.8%。银粉-环氧树脂-环氧化石墨烯导电胶拉伸剪切强度为5.1 MPa,与未添加环氧化石墨烯的银粉-环氧树脂导电胶相比拉伸剪切强度提升了14%。相较于未添加环氧化石墨烯时，银粉-环氧树脂-环氧化石墨烯导电胶的指前因子与活化能明显提升。活化能与指前因子的提升说明其反应动力学过程的改变，是力学性能与导电性能提升的内在原因。

关键词： MgN_(4)掺杂石墨烯   CO氧化   密度泛函理论  

摘要： 鉴于镁卟啉所呈现的催化活性,采用密度泛函理论考察了MgN_(4)结构掺杂石墨烯的CO氧化催化活性.研究发现MgN_(4)掺杂石墨烯具有良好的结构稳定性,O_(2)优先吸附在金属活性位点且不易解离.其CO氧化以Eley-Rideal(ER)机理实现,决速步能垒仅为0.67 eV,与FeC_(3)、AlN_(4)掺杂石墨烯具有相当的催化活性.MgN_(4)掺杂石墨烯有望是一种具有潜在CO氧化催化活性的催化剂.

关键词： 石墨烯气凝胶   多壁碳纳米管   染料吸附   微波吸收  

摘要： 气凝胶作为一种具有三维互联孔道结构、超高比表面积和超低密度的纳米多孔材料在多个领域有着广泛的研究,由其材料特性划分可分为多个类别的气凝胶,其中石墨烯基气凝胶由于拥有碳材料的导电导热及化学稳定性等优势与气凝胶的纳米片层/宏观多孔结构耦合,集成了耐腐蚀、高比表面积、可调结构、超低密度等优势,使其在多领域应用都有涉及并且有着良好的表现。由此本文通过水热法合成以多壁碳纳米管增强加上铁酸钴（Co Fe2O4）复合的石墨烯气凝胶,通过设计不同的交联剂和还原剂的组别探究其对形貌、结构的关系。最后通过研究复合气凝胶在染料吸附与微波吸收性能及机理的探究,以求探索其材料在多重环境的应用。 （1）通过在不同的氧化石墨烯与多壁碳纳米管的比例组中,对交联剂和还原剂的配比探究,成功制备不同比例的多壁碳纳米管/石墨烯复合气凝胶（MCGA）材料。这些MCGA材料不仅具有超轻质和低密度的特点,同时也表现出高孔隙率和优异的结构稳定性。实验数据表明,复合气凝胶在染料吸附MB方面拥有良好的吸附性能,在318K条件下,最大吸附量可达225.79 mg/g,经5次循环仍能保持86.65%的去除率;在微波吸收方面,MCGA-1在厚度为1.3 mm时,最低反射损耗达到-19 d B,当匹配厚度调整为1.6 mm时,有效吸收带宽可达到4 GHz。MCGA-2在厚度为9.9 mm时,最低反射损耗可达-33.35 d B的优异表现,在匹配厚度为5.8 mm时,有效吸收带宽为2.1 GHz。 （2）在此基础上,本研究进一步在复合气凝胶材料（MCGA）上,选择MCGA-2作为载体,通过两步水热法制备Co Fe2O4纳米颗粒复合的气凝胶（Co Fe2O4@MCGA）。在染料吸附MB方面,在318K条件下,最大吸附量可达259.99 mg/g,且具有更好的重复性（经5次循环后去除率为90.28%）和磁性回收特性。在微波吸收方面,实验数据表明,随着Co Fe2O4的增加,Co Fe2O4@MCGA-2的电磁吸收性能也有所提升。Co Fe2O4@MCGA-2在厚度为1.6 mm时,最低反射损耗为-20.8 d B,有效吸收带宽最多可达4.45 GHz的宽频吸收。所制备的Co Fe2O4@MCGA材料表现出了染料吸附与微波吸收双领域的良好性能,为多重复杂环境应用提供了设计思路。

关键词： 止血海绵   石墨烯   凝血肽   点击化学   协同止血  

摘要： 创伤性出血不仅对患者的健康和生命构成重大威胁,还会导致重大的社会经济负担。因此,开发高效、安全且经济的止血材料具有重要的意义。理想的止血材料需具备:快速止血(≤2分钟);即开即用;操作便捷;超轻便携;理化性质稳定;生物安全;价格低廉的特性。然而,目前市售的止血材料往往难以同时满足这些要求。针对这一挑战,本研究采用石墨烯/壳聚糖复合海绵材料(CPGS)表面点击化学固定凝血酶受体激活肽(TRAP)的方法,设计并制备了一种石墨烯/壳聚糖/TRAP的复合海绵材料(CPGS-TRAP),提升复合海绵的止血效率,通过系统地评价其理化性能、止血效果及生物相容性,探究其内在止血机制。 主要研究成果如下:(1)液体吸收性能:CPGS-TRAP海绵能够吸收自身重量30倍的水,且吸水速率快(0.27秒/滴),表现出优异的液体吸收能力。(2)机械性能:CPGS-TRAP在压缩50%后的应力为96.3 k Pa,在5次压缩循环后,应力仅降低了11.4%;CPGS-TRAP在水中和血液中分别能够恢复原始尺寸的96.7%和93.0%。(3)止血性能:CPGS-TRAP海绵的血液凝固指数(BCI)为7.1%,在大鼠股动脉出血模型中,该材料在81.3秒内实现了快速止血,失血量仅为1.03克,与商业止血材料Celox相比,止血时间减少28%,失血量减少62%。(4)生物相容性:CPGS-TRAP海绵具有很低的溶血率(2.7%)和细胞毒性(104%),表现出良好的生物相容性。(5)止血机制:CPGS-TRAP海绵通过其快速吸水性、激活血小板、激活血小板聚集,并协同调控外源性及内源性凝血途径,从而实现高效止血。 综上所述,本研究成功开发了一种快速止血、使用方便、超轻便携、理化性质稳定、生物相容性好的复合海绵材料。该材料为理想止血材料的设计和研发提供了新方法。

关键词： 氧化石墨烯微片   环氧树脂   改性沥青   流变性能  

摘要： 通过共价键接枝方法获得了表面接枝的三亚乙基四胺-氧化石墨烯微片（TETA-GOs），并以此作为固化剂进行环氧树脂改性沥青的制备，从而研究GOs的引入对环氧树脂改性沥青流变性能的影响。结果表明，TETA-GOs能够实现环氧树脂的固化，并且在沥青中形成更大体积的树脂颗粒；随着GOs引入至环氧树脂交联网络中，改性沥青的抗形变性能、高温性能等级以及抗车辙性能显著提升，但弹性恢复性能略有下降，材料黏性性能的占比增强。TETA-GOs/环氧树脂改性沥青的这一流变特性为高强度沥青路面的应用需求提供了一种可行的应用方案。

关键词： 导电滑环   多场耦合   真空载流摩擦磨损   石墨烯   自润滑  

摘要： 随着航天技术的快速发展,导电滑环作为航天器旋转电传输的核心部件,在真空、高载流及复杂多物理场耦合环境下的长寿命可靠性面临严峻挑战。传统金属材料虽导电性优异,但其在高载流摩擦条件下的严重磨损与电弧侵蚀问题制约了空间应用的可靠性。本文围绕铜基自润滑复合材料的真空载流摩擦磨损机理与性能优化,通过理论建模、实验研究与材料设计相结合,系统揭示了多场耦合作用下的界面失效机制,并提出石墨烯增强铜基复合材料的创新解决方案,为高性能空间导电滑环的设计与制造提供理论支撑与技术路径。 首先,基于电-热-力多物理场耦合理论,建立了滑动电接触行为的半解析模型,结合有限元仿真与实验验证,揭示了焦耳热与摩擦热的动态竞争机制。研究表明,高速高载荷工况下摩擦热主导温升分布,接触应力向材料内部迁移;而低载低速条件下焦耳热效应显著,温升呈现非单调特征。实验验证了理论模型的适用性,同时发现高速振动引发的动态界面效应需进一步纳入理论框架。其次,通过自主研发的真空载流摩擦磨损试验平台,系统揭示了传统铜基材料铍青铜在不同工况下的摩擦学行为规律。非真空与真空环境中,低速(1 r/min)滑动时磨粒磨损主导,摩擦系数波动显著;中速(10 r/min)工况下氧化膜的动态平衡使界面趋于稳定;而高速(100 r/min)条件下材料软化与电弧侵蚀的耦合效应加剧了磨损;载流工况中焦耳热引发的温升显著加速了粘着-疲劳复合磨损进程,接触电阻稳定性增加;电流强度对界面损伤的调控具有显著的环境依赖性,高电流(20 A)条件下,电弧放电引发局部熔融,显著加剧界面热损伤与材料迁移。最后,针对传统材料铍青铜性能瓶颈,分别设计了(0 wt.%、0.25 wt.%、0.5 wt.%和0.75wt.%)含量的石墨烯与0.5 wt.%含量的碳纳米管增强的铜基自润滑复合材料。通过球磨-烧结工艺优化,实现了石墨烯和碳纳米管在基体中的均匀分散与界面结合。实验表明,适量石墨烯的添加可形成连续润滑膜,显著降低摩擦系数与磨损体积,同时抑制电弧侵蚀并提升接触电阻稳定性。过量石墨烯则因团聚效应导致界面润滑性能劣化。相较于碳纳米管,含量0.5 wt.%石墨烯在界面润滑与抗电弧性能方面表现出更优的综合特性。 本研究阐明了多场耦合作用下导电滑环的失效机制与材料强化规律,提出了石墨烯增强铜基复合材料的性能优化方案,对于攻克真空载流工况下界面稳定性与耐磨性的协同调控难题有着重要意义。研究成果为航天电接触部件的长寿命设计与材料选型提供了新思路,推动了自润滑复合材料在极端环境中的工程应用。

关键词： 石墨烯   竹纤维   复合琴杆   多层氧化石墨烯含量   力学性能  

摘要： 为了提升石墨烯增强竹纤维复合琴杆的力学性能，对复合琴杆用竹纤维（BF）进行了表面改性处理，考察了碱处理和多层氧化石墨烯含量对纤维表面形貌、结构、热稳定性和力学性能的影响。结果表明，在加入多层氧化石墨烯后，与碱处理ABF已经成功接枝并发生了氢键相互作用；对碱处理ABF试样进行多层氧化石墨烯改性有助于提升纤维的热稳定性。不同多层氧化石墨烯含量的纤维单丝的拉伸强度都高于ABF试样，且随着多层氧化石墨烯含量从0.1%增加至0.7%，纤维单丝的拉伸强度和Weibull模量都表现为先增大后减小，当多层氧化石墨烯含量为0.3%时纤维单丝的拉伸强度和Weibull模量取得最大值。多层氧化石墨烯改性处理后BF/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度都高于碱处理的试样ABF，且随着多层氧化石墨烯含量从0.1%增加至0.7%,BF/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度整体都呈现先增加后减小趋势，在多层氧化石墨烯含量为0.3%时取得最大值。适宜的多层氧化石墨烯含量为0.3%，此时复合琴杆用纤维将具有最大的拉伸强度和弯曲强度。

关键词： 石墨烯   改性处理   天然石墨负极材料   电化学性能  

摘要： 采用石墨烯对天然石墨进行改性处理，石墨烯采用氧化石墨还原法制备，并利用微波对氧化石墨烯进行分散处理，再经过包覆、干燥、压制、碳热还原一系列过程，从而制备出石墨烯改性天然石墨复合材料。为了探究此种复合材料的电化学性能，在制备石墨烯改性天然石墨复合材料后，利用天然石墨作为对照样品，依次展开了循环伏安测试、交流电阻抗测试、恒流充放电性能测试、循环性能测试、倍率性能测试。结果表明，相较于天然石墨材料，石墨烯改性天然石墨复合材料具有更强的可逆性、更低的界面阻抗、更高的比容量与首次库仑效率，且充放电循环更为稳定，倍率性能更为优异。因此，该复合材料可满足锂电池负极材料的应用需求。