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作为一种高性能二维碳材料,石墨烯以其无与伦比的力学和功能特性受到了学界和工业界广泛的关注。目前,石墨烯及石墨烯增强复合材料正逐步走向应用。然而,随着石墨烯产业的发展,现有制备工艺越来越难以满足工业界批量化生产高质量石墨烯的需求。综合来看,当下石墨烯制备技术存在的主要问题包括:(1)制备面积大、缺陷少、层数均一的石墨烯薄膜尚存在一定的困难;(2)石墨烯较低的产率难以满足日益增长的需求。为解决石墨烯产率及质量问题,研究者在石墨烯制备工艺开发方面开展了大量工作。在此过程中,分子束外延技术、化学气相沉积技术、Hummers方法等诸多石墨烯薄膜制备技术被开发出来,这些技术的应用和发展使批量生产高质量石墨烯薄膜成为了可能。为适应不同技术的使用环境与需求,多种含碳物质作为前驱体被用于石墨烯薄膜的制备过程中。依据室温下状态分类,这些含碳前驱体被分为气体、液体和固体碳源。因较低的储存成本和较高的安全性,固体碳源在石墨烯生产过程中具有独特的优势。目前,包括碳材料、碳化硅(SiC)、有机高分子、生物材料乃至固体含碳废弃物均被用于石墨烯薄膜的制备过程中。本文综述了固体碳源制备石墨烯的研究进展,系统地介绍了利用固体碳源制备高性能石墨烯的工艺路线。同时,阐明了石墨烯在各种制备工艺过程中的形成机理。最后,通过分析各种工艺的优缺点,展望了各种工艺的未来发展方向,以期为未来的研究者开发新的石墨烯制备工艺提供参考。 ...
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目的研究石墨烯(Gr)含量对镍基熔覆层组织和性能的影响,通过分析Gr含量对复合熔覆层的影响规律来确定Gr的最佳添加含量,同时进行横向、纵向等2个方向上的摩擦磨损测试,以分析扫描方向对摩擦磨损性能的影响。方法采用预置粉末法制备石墨烯/镍基(Gr/Ni60)合金熔覆层,并针对Gr的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1%的复合涂层进行物相检测、微观组织、显微硬度、摩擦性能等方面的分析。结果Gr的加入没有引起镍基熔覆层相组成的变化,主要组成相为γ−Ni、Cr7C3、Cr23C6。随着Gr含量的增加,复合涂层晶粒尺寸逐渐减小,晶粒明显细化,显微硬度由623.12HV逐步提升到828.65HV,横向磨损平均摩擦因数从0.65降至0.48,磨损率从7.5×10−5 mm3/(N·m)降至3.6×10−5 mm3/(N·m)。纵向磨损平均摩擦因数从0.70降至0.58,磨损率从5.7×10−5 mm3/(N·m)降至4.5×10−5 mm3/(N·m)。当Gr的质量分数为1%时复合涂层的晶粒尺寸与Gr的质量分数为0.8%时相比有所增加,且硬度和摩擦性能略有下降。当Gr的质量分数为0.8%时,复合涂层具有更好的晶粒结构、显微硬度和耐磨性,且横向摩擦性能优于纵向摩擦性能。结论在镍基熔覆层中添加Gr可以起到明显的强化作用,过量添加Gr会使熔覆层的显微硬度和摩擦性能下降,在添加Gr之前熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,加入Gr之后磨损机制转变为黏着磨损和氧化磨损,并伴随磨粒磨损。 ...
粉体应用
明确氧化石墨烯(graphene oxide,GO)对拟南芥生长的促进作用,为纳米材料应用于农业生产提供理论依据。采用不同浓度GO的1/2 MS培养基点拟南芥种子,测定其主根长、侧根数、根系活力、超氧阴离子自由基的产生、超氧化物歧化酶活性、根系生长相关基因的表达情况。经20-200 μg/mL GO处理后,拟南芥主根长度比对照(不加GO)提高了4.6%-43.0%,在50-200 μg/mL内,与对照相比,差异达显著水平。50 μg/mL处理显著促进了侧根形成,侧根数比对照增加了约27.1%,高于或低于50 μg/mL则不利于侧根的形成。表明50 μg/mL GO对拟南芥的主根长和侧根数均存在促进作用,同时还发现该浓度可以增加拟南芥根尖的分生区和伸长区的长度,而对根尖直径和根冠长度无影响。氯化三苯基四氮唑(TTC)和四硝基氮蓝四唑(NBT)组织染色法结果表明50 μg/mL GO浓度处理提高了根系活力和超氧化物歧化酶活性及降低了超氧阴离子的产生。基因表达分析显示ADC1和DAR2表达量下调和IQM3表达量上调,从而促进了主根的伸长;ARF7、ARF19、ERFII-1和IQM3表达量上调,从而促进了侧根数量的增加。50 μg/mL GO处理可促进拟南芥根系的生长。根系活力的增加、超氧阴离子的减少及根相关基因的表达上调是GO促进根系生长的主要原因。 ...
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掺氮石墨烯具有良好的应用前景,但对其摩擦学特性的研究仍较为缺乏.本文采用分子动力学方法研究了氮掺杂对石墨烯摩擦学特性的影响.结果表明在公度、非公度的界面结构下,氮掺杂对石墨烯摩擦特性的影响呈现相反的趋势.界面结构为公度状态时,氮原子的引入导致了局部非公度状态,因而界面势垒降低、摩擦减小.界面公度性的改变、层间氮原子和碳原子的范德瓦耳斯力作用对界面摩擦的影响相反,在二者的共同作用下,随氮掺杂比例的升高,掺氮石墨烯体系的界面摩擦力呈现先增大再减小的趋势.界面结构为非公度状态时,氮原子的引入对界面摩擦的影响主要体现在原子类型的变化,界面摩擦随氮掺杂比例的增大而增大.存在空位缺陷的石墨烯体系的摩擦最大,掺杂氮原子对于降低缺陷石墨烯体系的摩擦具有积极意义. ...
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以廉价的蔗糖为碳源,在片状铜粉表面原位生长了石墨烯,并采用热压烧结制备不同石墨烯含量的铜基材料。通过XRD、SEM和激光导热分析了蔗糖含量对铜基材料的相、微观形貌以及热导率的影响。结果表明,在H2/Ar气氛下,800℃处理15 min即可在片状铜粉上原位生长出石墨烯,且分散均匀,与Cu基体结合良好,有利于增强其热性能。当石墨烯含量为0.73%(体积分数)时,铜基材料的热导率达到339 W/(m·K),较纯铜提高了19.3%;此外,在50~300℃温度范围内,其热膨胀系数也明显低于纯Cu样品。 ...
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目的:制备石墨烯改性海洋工程混凝土并研究其性能。方法:以C50海洋工程混凝土配方为基础配方,以石墨烯纳米片为外加剂,分别采用萘系减水剂、木质素磺酸钠(Sodium ligninsulfonate, LS)、十二烷基苯磺酸钠(Sodium dodecyl benzene sulfonate, SDBS)三种分散剂分散石墨烯纳米片,然后加入C50混凝土基础原料中制备了一系列石墨烯改性海洋工程混凝土。结果:分散剂LS对石墨烯纳米片的分散效果最好,萘系减水剂作用次之,SDBS作用最差;与空白混凝土样品相比,采用LS和萘系减水剂所制备的石墨烯掺杂海洋工程混凝土28 d的抗压强度分别达到71.5 MPa和74.9 MPa,略有增强,电通量分别降低24.3%和30.7%,耐久性能提升。而采用SDBS所制备的石墨烯掺杂海洋工程混凝土的抗压强度和耐久性能均变差。结论:均匀分散的石墨纳米片有利于改善混凝土的力学性能和耐久性能,其改善的机理在于其纳米效应和填充效应。 ...
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利用刷涂法将石墨烯/SiC浆料引入SiC纤维布层之间,经模具夹持再化学气相渗透SiC后,制备石墨烯改性SiCf/SiC复合材料。利用扫描电镜、三点弯曲测试以及激光热导仪等深入研究浆料中石墨烯的质量分数对SiCf/SiC复合材料微观结构、力学性能和导热性能的影响。结果表明,浆料中石墨烯质量分数为2%时,石墨烯分布最均匀,SiCf/SiC复合材料的热导率最高,为13.14 W/(m·K);随浆料中石墨烯质量分数增加,石墨烯开始团聚,材料致密度下降,热导率随之下降。当石墨烯质量分数为4%时,石墨烯虽出现一定程度团聚,但石墨烯团聚体仍与基体有良好的结合,复合材料具有最高抗弯强度,为328.12 MPa。 ...
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