石墨烯/环氧树脂多功能复合材料研究进展

主要介绍石墨烯改性环氧树脂复合材料力学、热学、电学性能的研究进展,以及石墨烯在碳纤维/环氧树脂功能型复合材料中的应用,并展望结构-功能一体化石墨烯改性复合材料在航天领域的应用前景。     

化学剥离制备氧化石墨烯及表征

以无硫膨胀石墨为原料,采用化学剥离法制备出氧化石墨烯。利用X射线衍射仪(XRD)分析膨胀石墨、氧化石墨、氧化石墨烯的晶体结构;利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究氧化石墨、氧化石墨烯表面的红外光谱特征。结果表明:对于制备氧化石墨烯,化学剥离这种方法是可行的。另外,FTIR图谱表明,氧化石墨的表面和边缘含有大量的环氧基、羟基等官能团,有利于其在N,N-二甲基甲酰胺溶液中经超声剥离获得质量较好的氧化石墨烯薄片。     

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。     

功能化石墨烯的制备及应用研究进展

石墨烯以其优异的物理化学性能,近年来受到了学术和产业界的广泛关注.将石墨烯进行功能化,可改善石墨烯的分散性,并且能根据需求对石墨烯的物理化学性能进行针对性地优化,因而赋予石墨烯更广泛的用途,因此,功能化石墨烯成为石墨烯研究领域的热点之一.综述功能化石墨烯的最新进展,从共价结合和非共价结合两个方面阐述了其制备的方法,叙述近年来功能化石墨烯在复合材料、储能材料、光电材料、催化材料、环境净化、生物及传感材料等领域的应用研究进展.总结出功能化石墨烯的特点,即大多数活性基团搭载到石墨烯的表面上都能活跃地展现其应用性能.功能化石墨烯未来的研究方向主要是判定和控制石墨烯表面引入功能化物质的量的“定量”问题和精确在石墨烯表面选择功能化的位点并进行精细化学结构设计的“定位”问题..     

石墨烯用于惯性器件轻质功能结构的探讨

石墨烯(Graphene)在2004年被首次发现,2010年两位英国科学家因此获得诺贝尔奖.石墨烯技术研究被世界各国提升至战略高度,成为最热门研究领域之一,在锂离子电池、传感器、功能涂料、复合材料等领域不断取得丰硕成果.针对惯性技术轻质功能结构件的应用需求,通过对石墨烯材料技术特征和国内外应用现状进行梳理,结合惯性行业特点,对石墨烯作为惯性器件轻质功能结构材料的应用发展进行了探讨.     

石墨烯/聚合物导电复合材料研究进展

石墨烯是新一代的纳米级碳材料,具有优异的机械、导电性能以及其他的功能性能,是制备聚合物导电复合材料的理想填充物.对石墨烯的常用制备方法进行比较并分析其优点与不足,介绍了石墨烯及其复合材料的导电及机械性能,并对石墨烯及其聚合物导电复合材料的应用研究进展进行了系统的综述.最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势.     

一种基于石墨烯的脉冲星导航X射线探测器

针对脉冲星导航要求X射线探测器具有高能量分辨率和高时间分辨率的需求,研究基于石墨烯电场效应来实现X射线探测的可行性。通过蒙特卡罗方法模拟不同能量X射线和不同厚度探测器基底的相互作用过程,得到不同厚度探测器对X射线的探测效率。利用有限元方法分析X射线在探测器内电离产生载流子的输运过程,验证了X射线入射对石墨烯电学特性的影响。理论分析计算探测器的时间分辨率和能量分辨率等指标参数,结果表明：基于石墨烯电场效应的X射线探测器具有较高的能量分辨率和时间分辨率,是一种潜力巨大的X射线探测方式,可满足未来脉冲星导航的工程应用。     

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...     

石墨烯的有限元模型及其动态断裂

<正>工业生产中,因石墨烯自身特性、复杂的工艺操作和昂贵的制造成本,使得制备的石墨烯往往存在结构缺陷且形状不规则。随着石墨烯在复合材料强韧化、人工肌肉等智能材料上的逐渐应用,当其处于动态载荷环境下,缺陷将会对其断裂等力学性能产生一定的影响。因而,掌握石墨烯的断裂特征尤其是动态断裂特征,抑制和控制石墨烯材料应用过程中裂纹扩展的问题,尤为重要。在室温下,石墨烯呈现出绝对的脆性,石墨烯的断裂在微观层面表现为裂尖C-C键的断裂。Xu等人最近对     

纳米碳复合材料在航空领域应用研究进展

航空材料的研究对航空技术的发展起着重要的支撑和保障作用,是航空现代化和高新技术发展的基础。现代航空业在结构和功能等多个方面都对航空材料的性能提出了更高的要求,而复合材料的应用可以很好地满足这些需求。纳米碳复合材料可以将碳纳米管和石墨烯等纳米材料优异的力学和功能特性在宏观尺度上最大程度地展现出来,在航空结构轻量化设计、电磁屏蔽、隐身和隔热等多个方面都表现出优异的性能。本文对国内外研究者们在纳米碳复合材料的结构及其功能特性方面取得的重要成果进行了系统阐述。相比于常规金属材料,纳米碳复合材料的研发为实现材料的结构–功能–智能一体化提供了切实可行的发展道路。