关键词： 氧化石墨烯   聚酰胺   纳米复合材料   制备方法  

摘要： 石墨烯具有优异的光学、电学和力学性质,石墨烯/聚合物纳米复合材料受到了学术界和产业界的共同关注。近年来,氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料在提高材料性能、拓展下游应用方面取得了突破。文中综述了氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯与不同聚酰胺复合的研究进展,总结了原位聚合、熔融复合和溶液共混等制备方法,讨论了氧化石墨烯的功能化方法以及纳米复合材料的化学结构、热性能、力学性能、电化学性能及应用,同时对该领域的发展和面临的挑战进行了探讨。

关键词： 氧化石墨烯   聚苯乙烯   复合材料   力学性能   阻燃性能  

摘要： 采用溶液共混法制备了石墨烯-聚苯乙烯复合材料,通过XRD、SEM、FT-IR、力学性能测试、热失重分析、导热系数及THR分析等手段,研究了复合材料中氧化石墨烯(GO)的质量分数对复合材料物相结构、微观形貌、力学性能、热性能和阻燃性能的影响。结果表明,聚苯乙烯吸附在GO表面,GO与聚苯乙烯复合后增大了表面粗糙度,复合后没有改变聚合物的链结构。适量GO的掺杂改善了石墨烯-聚苯乙烯复合材料的力学性能,PG-6%的复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弹性模量均达到最大值,分别为38.8 MPa、10.37%和1505 MPa,相比纯PS分别提高了26.38%、8.06%和31.90%。复合材料的导热系数和热扩散系数均随GO占比的增大而先增大后降低,PG-6%复合材料的导热系数和热扩散系数达到最大值,分别为0.170 W/(m·K)和0.171 mm^(2)/s。适量GO的添加改善了复合材料的阻燃性能,使点燃难度增加,放热率降低,PG-6%的复合材料的阻燃性能最优,FPI最高为0.386。

关键词： 石墨烯   介电常数   界面极化   聚合物复合材料   掺杂改性  

摘要： 基于界面极化理论提出了一个石墨烯掺杂聚合物复合材料的介电模型,描述了石墨烯对复合材料有效介电常数的影响。该模型解释了石墨烯纳米片与聚合物基体在界面层的相互作用,计算了界面层的局部介电常数和局部电场强度,并通过控制变量方式对模型内材料参数的影响进行了分析。与传统经验模型相比,提出的模型明确了分离上限距离、势垒高度、基体层电导率、石墨烯纳米片层尺寸等因素对有效介电常数的影响机制。对多类二元、三元介电复合材料体系的有效介电常数进行了预测,并与实验样品实测值、文献值进行对比,验证了所提出模型的有效性。

关键词： 沥青路面   石墨烯复合橡胶改性沥青   生产工艺   成品检测   质量控制  

摘要： 为掌握石墨烯复合橡胶改性沥青的技术特性,在总结复合改性材料组成、生产工艺及质量控制要点的基础上,选取实体工程连续进场的68车沥青成品检测数据样本,通过统计与对比石墨烯复合橡胶改性沥青、SBS改性沥青的技术性能、指标波动规律及技术特性,经综合分析表明:石墨烯复合橡胶改性沥青呈现出黏度大、施工温度高、抗老化及综合性能显著等特性;施工时,应尽量避免长时间在180℃以上运输及储存,到场后最佳施工时间不易超过24h,以供类似工程参考。

关键词： 石墨烯气凝胶   压缩力学性能   冷冻干燥法   吸能特性   变形模式  

摘要： 为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明:冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶试样具有3D多孔网络结构、低密度(<33.93 mg/cm^(3))、高孔隙率(>98.5%)等特征,并具有受冷冻温度影响的特征微观结构;石墨烯气凝胶的压缩应力-应变曲线展现出多孔材料典型的三阶段特征,并且力学性能受冷冻温度的影响,-80℃所得石墨烯气凝胶的杨氏模量相较于-19℃提高160%,单位体积吸能提高67%;石墨烯气凝胶多次循环加载-卸载中随着内部致密区域的扩展,以塑性能为主的吸收总能趋于稳定不变,其状态变化可通过指数衰减模型描述;石墨烯气凝胶的横纵向片层不同的压缩变形形态发展为大规模的类弹簧型紧密折叠模式,使得石墨烯气凝胶表现出回弹性。所得研究成果为石墨烯气凝胶在防护领域的应用提供了理论与实践基础。

关键词： 石墨烯材料   太赫兹波段   反射阵列天线   波束可重构  

摘要： 针对太赫兹通信,结合石墨烯材料在太赫兹波段下相较于金属具有利于阻抗匹配、电可控特性的独特优势与可重构反射阵列天线高辐射效率等优点,设计了一款适用于太赫兹波段基于石墨烯材料的波束可重构反射阵列天线。在天线移相单元辐射贴片缝隙嵌入石墨烯贴片,软件仿真中调节石墨烯贴片的化学势可改变其表面电阻值,达到动态调节天线单元补偿相位的目的。仿真结果表明,当中心频率为3.6976 THz时,移相单元在0.1、4.0 eV时具有180°的相位差,在0.1~4.0 eV内调节石墨烯贴片的化学势时,化学势与天线单元相位成正比。并设计了一款4×4的阵列天线,仿真结果表明,该阵列天线可实现(-30°,+30°)范围的波束扫描,且最大增益可达20.9 dBi。研究结果可为太赫兹波段反射阵列天线的研究及石墨烯材料在可重构通信器件中的应用提供新的思路。

关键词： 电化学传感器   激光诱导石墨烯   氯霉素检测   实验教学   仪器分析  

摘要： 以激光诱导石墨烯电化学传感器为例,将前沿科研成果融入仪器分析实验教学中。设计了以聚酰亚胺膜为基底,采用激光诱导石墨烯技术制备电化学传感器。通过工作电极的制备、微观结构的表征以及在氯霉素检测中应用,帮助学生理解电化学传感方法的原理,掌握相关仪器的操作,熟悉电化学分析流程。本实验是基础知识与现代科研手段的有效结合,实验可操作性强,检测结果直观,能够锻炼学生实验设计和分析数据的能力,进而提升学生的科学素养。

关键词： 铜基复合材料   壳核结构   石墨烯   耐磨性  

摘要： 如何充分发挥润滑组元和耐磨组元的协同作用以提高铜基复合材料摩擦学性能仍面临具大的挑战。以石墨烯为润滑组元,氧化铝为耐磨组元,对比了氧化铝和石墨烯组装为壳核结构前后对铜基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,与氧化铝和石墨烯分别以独立相分布于铜基体的情况相比,氧化铝和石墨烯组装为壳核结构后可以提高铜基复合材料的致密度、硬度,并有利于在磨痕表面形成连续且具有保护性的摩擦层。因此,在10~40 N载荷范围内干摩擦,后者比前者具有更低的摩擦因数和磨损率。

关键词： 石墨烯   材料   垂直接地  

摘要： 为研发一种新型高导电垂直接地材料,本文研究了石墨烯与优质钢材的烧结熔制。首先选择了单层石墨烯和优质钢材作为烧结熔制的原料,然后通过控制高温烧结的条件,使两种材料发生反应,形成石墨烯钢复合材料。并且,对烧结熔制后的石墨烯钢进行了一系列表征,结果显示石墨烯已经与钢材成功烧结,而且石墨烯钢的电阻率显著低于纯钢,导电性能得到了提高。

关键词： 锂离子电池   负极材料   四硫化钒   石墨烯   过渡金属硫化物  

摘要： 四硫化钒(VS_(4))作为具有高硫含量三明治结构的一维(1D)链状钒硫化合物,S_(2)二聚体与两个相邻的V原子配位,每个单链通过弱范德华力相互作用,松散堆叠的链有利于Li^(+)的快速扩散,因而被认为是有前途的锂离子电池负极候选者。通过水热法设计并合成了四硫化钒复合还原氧化石墨烯(VS_(4)@rGO)负极材料,VS_(4)纳米棒紧密地固定在氧化石墨烯薄片上,氧化石墨烯的加入一方面保证了良好的导电性,另一方面也抑制了VS_(4)纳米棒团聚成球以释放更多活性位点,从而有效提高锂离子电池的性能。作为锂离子电池负极,VS_(4)@rGO电池的充放电性能出色,进行倍率测试时,在0.2,0.5,1.0,2.0和5.0 A·g^(-1)的电流密度下,平均放电比容量分别为983,797,666,547和397 mAh·g^(-1)。在5 A·g^(-1)的高电流密度下可保持循环3000次,比容量稳定在141.6 mAh·g^(-1),平均每圈的容量衰减率仅为0.019%。这项工作为其他过渡金属硫化物的结构设计提供了新的思路。