《固体火箭技术》碳纳米(石墨烯)材料技术专栏征稿启事

正碳纳米(石墨烯)材料作为一种战略性新型材料,因其比表面积大、强度高、导电导热性能优异及透光性高等特点,在轻量化材料、动力电池、电磁屏蔽材料、散热材料等领域具有巨大的应用前景。目前,碳纳米(石墨烯)材料已成为空天推进与动力领域高技术研究与应用的热点,在固体推进剂性能提升与降感、超高温绝热阻燃材料改进、内外防热涂层性能提升、高性能树脂、C/C、Si/C以及有机纤维复合材料在特种环境下性能提升等方面初露锋芒。为展示碳纳米(石墨烯)材料最新研究成果,《固体火箭技术》特别邀请专家组织一期碳纳米(石墨烯)材料在空天推进与动力领域的应用技术专栏,以期推动该材料应用技术水准和应用范围上一新台阶。     

石墨烯及其衍生物在含能材料中的应用研究进展

含能材料具有高能高热、瞬时释放的特点,被广泛用于炸药、推进剂、烟火等领域,但其安全性和燃烧特性是限制其应用的两个关键因素。石墨烯及其衍生物(氧化石墨烯、硝基化石墨烯和氟化石墨烯等)具有高比表面积和优异的导热、导电等性能,在改善含能材料的安全和燃烧性能方面展现出较大的应用潜力。文章首先介绍了石墨烯及其衍生物在提高安全性能的最新研究进展,主要探讨了石墨烯、氧化石墨烯、硝基石墨烯和氟化石墨烯对降低含能材料敏感性的影响;然后,综述了石墨烯及其衍生物对含能材料燃烧性能的催化作用;最后对今后石墨烯在该领域的应用前景进行了展望。     

纳米碳/铝复合材料的制备、界面改性与增强机制研究进展

以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料，但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题，介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的制备技术，从表面化学改性、涂层及纳米粒子修饰方面总结了纳米碳表面处理与增强铝基复合材料的研究现状。基于纳米碳/铝的界面结合机制，综述了表面改性前后反应和扩散型界面的形成过程及它们与机械锚结型界面对载荷传递的影响、改善途径；分析了纳米碳/铝复合材料研究中涉及的主要增强机制、影响因素和增强效果，并展望了提升该复合材料结构与功能性能的研究重点。     

星载有源组件复合相变材料相变控温性能研究

为研究添加纳米粒子的复合相变材料应用与星载有源设备相变控温时的控温性能,采用了数值仿真的方式,使用ANASYS软件比较分析了硬脂醇改性石墨烯/正十八烷石蜡复合相变材料与纯正十八烷石蜡相变材料的相变控温性能。结果表明,在短时间控温时复合相变材料具有一定优势,同时在有源组件非工作时间散热时,复合相变材料可以在更短时间内将工作时间吸收的热量全部散去,恢复初始状态速度比纯正十八烷石蜡快14.1%,因此添加硬脂醇改性石墨烯纳米粒子的复合相变材料可以作为提升相变控温装置整体性能的一种有效辅助手段;同时针对与其他主要导热能力提升手段相结合后的控温性能进行了对比分析,复合相变材料可以起到提高控温装置性能的作用,可以与其他方式进行有效的结合。     

氧化石墨烯辅助低温液相法合成石榴石型固体电解质

固态锂电池有望解决传统锂离子电池的安全性问题,并且能实现更高能量密度。作为具有应用前景的石榴石型固体电解质材料,其纳米粉体的制备技术研究具有重要意义。针对石榴石型固体电解质纳米粉体存在合成温度高、粉体团聚、粉体颗粒尺寸大等关键问题,提出了一种氧化石墨烯辅助的低温液相法合成石榴石型固体电解质的技术策略。该策略的主要思想是首先利用氧化石墨烯表面带有负电荷的特性,吸附石榴石金属阳离子,避免多分散聚集体的形成;然后再利用氧化石墨烯纳米片的物理分隔,在低温合成条件下,实现分散性较好的石榴石型固体电解质纳米粉体的制备。实验中,以氧化石墨烯作为模板材料,结合化学共沉淀方法,制备了石榴石型锂离子固体电解质材料。系统研究了煅烧温度、氧化石墨烯含量、煅烧气氛等对石榴石型固体电解质制备的影响。实验结果表明:当氧化石墨烯的最佳添加量为1%时,可以在较低温度(650℃)下获得单一石榴石立方相的固体电解质材料Li_(6.5)Mg_(0.05)La_3Zr_(1.6)Ta_(0.4)O_(12)。继而对比研究了添加1%氧化石墨烯与未添加氧化石墨烯对石榴石型固体电解质纳米粉体形貌及尺寸的影响,揭示了氧化石墨烯纳米片在石榴石型固体电解质纳米粉体制备中的积极作用。固体电解质烧结片的室温离子电导率约为2.5×10~(-4)S·cm~(-1),为其在固态锂电池中的应用打下了基础。     

石墨烯基复合材料在空天领域的应用进展

近年来,石墨烯相关材料在航空航天领域显示出了巨大的应用价值,极大地促进了我国空天领域的发展.通过对国内外石墨烯材料在航空航天领域电磁屏蔽材料、导电材料、耐温材料、能源与器件方面的应用研究,以及石墨烯材料在相关领域存在的关键技术问题,对国内空天领域新材料的研究进行了展望.     

碳硼烷衍生物的合成与应用进展

碳硼烷衍生物具有燃烧热值高,与配方组分相容性好等特点。在推进剂领域,现阶段主要将其用作高燃速配方的燃速调节剂,可明显提升燃速并兼具其他功能;将其作为高性能燃料可改善富燃料推进剂的燃烧性能、能量性能等,具有良好发展前景。简介了碳硼烷的结构、性质。阐述了碳硼烷衍生物的主要合成方法,并从关键原材料的制备角度分析了制约碳硼烷衍生物应用发展的因素。概括了碳硼烷的四种改性途径。综述了碳硼烷衍生物在国内外军民领域的应用进展,主要总结了其作为功能化燃速调节剂、高性能燃料在推进剂中的研究现状。简介了其在耐高温材料、生物医学材料、光电材料等领域的应用情况。最后,指出未来应针对富燃料推进剂的需求强化功能化碳硼烷衍生物的合成及使用性能研究。     

Au@rGO-PEI复合材料的制备及光热性能研究

太阳能作为一种可直接利用且可持续利用的清洁能源,有着巨大的开发应用潜力。利用太阳能的有效方法之一是光热转化,因此,高效的光热转换材料成为太阳能有效利用的关键。本研究通过在石墨烯表面引入供电子基团并原位复合金纳米片,双重增强了材料的光热性能。最优条件下制备的Au@rGO-PEI(Au与rGO-PEI的质量比为1:1.25,负载量1 mg/cm²),材料表面温度达到最高(76℃)。     

基于直接氟化技术的氟化石墨烯制备与应用研究

氟化石墨烯(FG)作为一种重要的石墨烯衍生物材料已在介电材料、超润滑、生物材料、电子器件领域展现出良好的应用前景.因其C—F键的高键能、高官能化密度、高温裂解可产生高活性含氟自由基以及二维片层结构等特点,FG有望作为高性能的包覆剂/氧化剂等应用于含能材料、固体推进剂等领域.近10年以来,基于直接氟化技术制备FG方面已报...     

纳米碳在电发热膜中的应用研究

纳米碳具有优良电学性能，用其制作的电发热膜材料具有极高的电热转换率(比传统电热膜材料节电30％以上，比普通金属丝发热材料节电60％-80％)，发热快，能产生对人体有益的远红外线，使用寿命长等特点，用这种电热膜材料制成低压电热毯、电暖器等产品，取得了极好的效果。     

航空航天用纳米碳复合材料研究进展

对航空航天用纳米碳复合材料及其多功能特性的研究进展情况进行了综述,阐述了国内外研究者们在纳米碳复合材料及其多功能特性方面取得的重要成果,并系统地综述了纳米碳复合材料在多尺度增强、电磁屏蔽、智能驱动、隔热、传感方面的研究工作。最后展望了纳米碳复合材料在航空航天领域中的潜在应用。     

氧化石墨烯/酚醛树脂基泡沫炭的制备和隔热性能研究

针对新型轻质高效和结构稳定的高性能隔热材料在航空航天领域的应用需求,以热塑性酚醛树脂为原料,引入氧化石墨烯(GO)进行改性,然后采用液相低压发泡/炭化工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂基泡沫炭(PCF)隔热材料.采用扫描电镜(SEM)、热分析仪、压汞仪和激光脉冲导热仪,对GO/PCF的结构及性能进行了测试与表征.结果表明:添...     

C/C复合材料的进展

碳—碳(C/C)复合材料是用碳或石墨作基体,用碳纤维或石墨纤维增强的一种特种工程材料。它们除了具有多晶石墨的许多优点以外,还具有高强度、高刚性、尺寸稳定及良好的化学稳定性等一系列优异性能。38年来,C/C复合材料已有较大发展,它们已在航天、航空、工业、科学研究、核反应堆和生物医药等高温技术领域获得广泛的应用。     

ZnO纳米棒/碳布多尺度增强酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

采用新颖的水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒,制备出ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体,与传统水热法相比,有效地缩短了ZnO纳米棒的生长时间.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体的结构特征、微观形貌进行表征.探索了不同电泳时间(15、30、4...     

石墨烯改性含能材料的制备方法及性能研究进展

含能材料是武器装备的核心材料之一,在国防工业中发挥着重要作用.开发高能量密度、高释能效率、高安全性特征的新型含能材料是现代武器装备发展和新军事变革的迫切需求.石墨烯具有较大的比表面积、良好的导热导电性以及适中的化学活性,作为功能添加剂负载纳米颗粒,能够显著改善含能材料的感度、力学性能和安全性.从石墨烯的制备及功能化改性...     

学术交流活动简讯

4月20～21日,美国罗伯特·A·麦约尔教授应邀来西安作学术报告及进行技术交流活动。麦约尔教授是国际碳材料界知名学者,两届双年碳材料会议主席。他从事研究的主要领域是材料科学和材料性能,特别是碳/碳复合材料细观结构对其性能的影响。70年代以来,他在美宇航公司工作,现为加利福尼     

基于Diels-Alder反应的石墨烯基自修复材料

合成了糠基功能化的氧化石墨烯(GO-Fu)和带糠基侧基的聚甲基丙烯酸酯共聚物(PMA-Fu),进而与双马来酰亚胺(BMI)反应,制备了基于Diels-Alder反应的具有共价键可逆交联结构的石墨烯基自修复塑料复合材料,并采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、热失重分析、原子力显微镜、流变测试、力学性能测试等方法,对GO-Fu和PMA-Fu的结构及复合材料的力学性能、流变行为和自修复性能进行了研究。结果表明,在自修复复合材料中,交联结构的存在导致复合材料的拉伸强度提高60%,玻璃化温度提高20℃,少量功能化石墨烯的引入,可以显著提高材料的自修复效率(接近100%)和修复速度,使得复合材料表现出优异的自修复性能。今后还需进一步研究如何通过材料结构和化学组成调控实现环氧树脂等热固性聚合物基复合材料的高效自修复。     

InxGa1-xAs材料在多结空间太阳电池中的应用进展

In_xGa_(1-x)As材料具有独特的物理特性,可以通过调节In和Ga的组分来改变材料的带隙宽度Eg。该材料自进入多结空间太阳电池领域以来,就受到了广泛的关注。因此,In_xGa_(1-x)As材料有望成为未来多结空间太阳电池领域中的重要研究对象。本文首先介绍了InGaAs材料的生长工艺及其在多结空间太阳电池领域中的应用情况和研究现状,同时讨论了材料的外延生长工艺以获得高质量含InGaAs材料的多结太阳电池。此外,介绍了近年来InGaAs材料在高效多结空间太阳电池领域的研究进展,并对其抗辐照性能进行了简述。大量研究表明:InGaAs材料的使用可以进一步提升多结空间太阳电池的光电转换效率,达到提升卫星有效载荷的目的。     

碳/碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳/碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能,用化学气相沉积(CVD)法制备了T300碳纤维增强热解碳的单向碳/碳复合材料,并用特殊设计的设备测定了该材料在2000℃,2100℃高温下的断裂寿命,结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳/碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

石墨烯/陶瓷复合材料的研究进展

在陶瓷中引入第二相材料是改善陶瓷材料结构和性能的有效途径.纤维、晶须、颗粒等用于改善陶瓷,但难以满足陶瓷材料的应用要求.石墨烯具有大的比表面积和优异的机械、导电、导热等性能,是制备性能优异的陶瓷复合材料的理想填料.系统总结了石墨烯/陶瓷复合材料的研究成果,综述了石墨烯/陶瓷复合粉体的制备方法、成型工艺和致密烧结工艺技术...