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纳米纤维素(CNF)作为一种天然大分子,碳化后得到的碳纳米纤维素(C-CNF)拥有类似石墨结构,将其用于石墨烯与聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的组装,可构建高性能稳定堆积结构的电加热薄膜。采用溶液共混法制备石墨烯/C-CNF/PVDF(GCP)分散液,利用真空干燥法制备出GCP薄膜。通过研究得出,GCP薄膜的电阻控制在40.6~74.6Ω,与石墨烯/PVDF薄膜的电阻(89Ω)相差不大。不同石墨烯质量分数的GCP薄膜平衡温度随电压增加呈线性增加,GCP-03膜在6 V电压下可快速达到158℃,与其他薄膜相比温度最高。GCP薄膜在相同电压下可保持在一定平衡温度范围内,电阻呈逐渐降低至一定范围稳定的趋势,薄膜在电阻和温度变化方面具有一定的可控性。从红外热成像得出,GCP膜具有电热性能优良、热稳定性能良好和热量分布均匀等特点,这些优势将利于功能性纺织品在航空航天和工业等各种领域中发挥更大作用。 ...
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为充分利用导电聚吡咯独特的掺杂结构与石墨烯气凝胶丰富的多孔结构,研究了氧化还原活性剂对聚吡咯/石墨烯气凝胶的结构及电化学性能的影响,并制备性能优异的电极复合材料。以对苯醌作为氧化还原活性剂,使用一步水热法制备聚吡咯/石墨烯水凝胶,冷冻干燥后制备得到氧化还原活性复合气凝胶。扫描电子显微镜结果表明,引入对苯醌后有利于获得有序的三维网络结构。傅里叶变换红外光谱、X射线衍射测试结果表明,复合材料中吡咯被成功聚合的同时氧化石墨烯被还原为石墨烯。电化学测试结果表明,对苯醌浓度为5 mmol/L时,复合气凝胶可获得最佳电化学性能,比电容可达304.0 F/g,循环10000次后可保持初始比电容的79.88%。将其与活性炭组装成非对称超级电容器,可获得高的能量密度(41.56 Wh/kg)与功率密度(400 W/kg)。
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对石墨烯进行功能化处理,可得到具有合适层间距和较高离子扩散速率的理想石墨烯基电极材料,其作为钠离子电池负极材料有着重要的应用潜力。通过在石墨烯结构中进行原位插层反应,成功制备出聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)插层的石墨烯复合材料(PSS-rGO)。这种插层结构是基于石墨烯的π电子可以与PSS结构中的π电子相互作用,使得石墨烯层间距增大并抑制其堆积。同时,PSS中的磺酸钠基团可有效提高钠离子扩散速率,增强电极对钠离子的吸附能力,从而提升钠离子电池的循环性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电化学工作站和多通道电池综合测试仪对样品进行测试分析。结果表明,PSS-rGO电极在5 A·g-1的电流密度下循环6000圈后容量可保持在256 mAh·g-1,单圈衰减率为0.003%,表现出优异的循环性能。本研究为开发高比容、快速储钠以及长寿命的钠离子电池负极材料提供了可行思路。 ...
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以水稻秸秆、牛粪和氧化石墨烯为原料,制备4种不同类型生物炭:水稻秸秆生物炭、牛粪生物炭、氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭和氧化石墨烯/牛粪生物炭;以水中常见的四环素类抗生素和磺胺类抗生素中的土霉素、四环素、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑为目标污染物,探讨不同类型生物炭对水中抗生素吸附特性。实验结果表明,抗生素在不同类型生物炭上吸附在12h均能达到吸附平衡,4h时抗生素在生物炭、氧化石墨烯/生物炭复合材料中的吸附量是平衡吸附量的47.96%—98.65%,抗生素在生物炭上吸附符合准二级动力学方程。等温吸附方程Freundlich拟合得到的可决系数R2值要高于Langmuir和D-R方程,拟合效果更好。抗生素在氧化石墨烯/水稻秸秆生物炭复合材料和在氧化石墨烯/牛粪生物炭复合材料中吸附量分别是在原生物炭中吸附量的1.67倍和1.59倍,在水稻秸秆制备的植物源生物炭中吸附量要略高于在牛粪制备的动物源生物炭中吸附量。有机碳归一化分配系数Koc值显示,四环素类抗生素的Koc值要略大于磺胺类抗生素。由Pearson相关性分析结果可知,抗生素在生物炭及其复合材料中吸附速率和吸附容量与生物炭比表面积和比孔容呈现正相关,与平均孔径呈现负相关。4种抗生素的lgKow值与抗生素在生物炭中的吸附量呈负相关关系。生物炭的扫描电镜和红外光谱图表明,水稻秸秆生物炭表面更光滑,复合材料表面粗糙程度增加。复合材料的红外振动吸附峰的振幅有所增加。 ...
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自2004年被成功制备后,石墨烯因其独特迷人的性质在近十几年来备受关注,同时也引发了二维纳米材料的研究热潮。单原子层厚度的二维结构赋予石墨烯非同寻常的光学、电子学、磁学及力学等性质,使得石墨烯在生物学、医学、化学、物理学和环境科学等多个领域展现出极大的应用潜力。制得注意的是,石墨烯在应用时通常需要进行功能化,调节其组成、大小、形状和结构等,以便于加工处理或满足不同的应用需求。石墨烯功能化方法多样,功能化产物也是种类繁多。然而,到目前为止,石墨烯功能化产物并没有系统全面的分类和精确的定义。因此,本文在系统总结现有石墨烯功能化研究的基础上,给出了石墨烯功能化产物的系统分类、各类的精确定义和相应的制备策略,并通过典型示例进行了详细地阐述。石墨烯功能化的产物统称为"功能化石墨烯材料",分为两类:"功能化石墨烯"和"功能化石墨烯复合材料"。功能化石墨烯材料的制备可由"自上而下"和"自下而上"两种策略实现。制备策略的选择取决于应用需求。系统分类、精确命名和制备策略的归纳必将有助于功能化石墨烯材料的进一步发展。 ...
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提出一种新的方法,用来改善碳纤维增强金属板(CARALL)的层间黏结强度。将不同质量分数(0,0.1%,0.3%,0.5%和1.0%)的石墨烯纳米片(GnPs)利用超声分散的方法使其均匀分散于环氧树脂中,并利用湿法铺层方法完成CARALL的制作。进行Ⅰ型断裂韧性的测试,探究GnPs对CARALL层间性能的影响,并进行CARALL的拉伸与弯曲性能测试,研究GnPs对CARALL力学性能的影响。通过SEM与光学图像观察GnPs的增强机制与CARALL试件的失效模式。结果表明,当GnPs的添加量为0.5%时,CARALL具有最佳的层间黏结强度与力学性能。当添加0.5%GnPs时,Ⅰ型断裂韧性提高79%;拉伸强度、弹性模量与断裂应变率分别提高14.5%,11.0%和15.5%;弯曲强度与弯曲应变率分别提高23.9%和81.5%。这是由于添加GnPs到环氧树脂中可以分散CARALL所承受载荷,并利用自身的断裂、拔出和脱黏等机制吸收能量,进一步改善CARALL的层间力学性能。 ...
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