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大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。 ...
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近年来,一侧亲水、一侧疏水的双面神膜由于具有特殊的性质而倍受关注。双面膜大多由亲水和疏水两种材料复合而成,但存在界面结合强度低且亲疏水转化不可逆等缺点。本文基于石墨烯膜制备出一侧亲水、一侧疏水且亲疏水状态可逆转换的双面神膜。首先,对氧化石墨烯(GO)/二苯醚体系进行高速剪切处理,得到GO/二苯醚“水包油”皮克林乳液,对该乳液进行冷冻干燥,采用碘化氢(HI)化学还原,获得微米尺度碗状薄壁球壳的石墨烯基疏水膜。然后,利用等离子体处理,在石墨烯膜一侧引入COOH、C=O和C—O等含氧官能团,将两侧疏水的石墨烯膜转换成一侧疏水、一侧超亲水的浸润膜,采用电焦耳热处理将超亲水表面恢复为疏水表面。最后,通过测量静态接触角检验亲疏水转化的稳定性;借助高速摄像机记录水滴在石墨烯双面膜的动态铺展过程。结果表明:等离子体处理疏水石墨烯膜10 s,可将其变成超亲水状态,在20 V直流电压下石墨烯膜在8 s内可由亲水恢复至疏水;经历10次可重复亲疏水转化后,仍保持亲水状态接触角为0°而疏水状态接触角为152°;水滴在亲水表面仅需20 ms即可完全铺展。利用X射线光电子能谱法(XPS)表征材料表面化学官能团;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析微观结构形貌。材料在等离子体和焦耳热处理过程中保持壳壁连通的碗状微球结构恒定是亲疏水可逆循环转化的关键,纯石墨烯成分是这两种处理手段得以实现的保证。 ...
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大批量石墨烯可控制备技术的逐渐成熟为实现其宏观组装和应用提供了基础。在众多的组装策略中,调节石墨烯层间的界面相互作用可以直接影响组装体的力学、电学、热学以及渗透等性质,具有重要的意义。石墨烯片层间以共价键连接的层间共价石墨烯材料以其可调的层间距、较强的层间作用力、丰富的功能化、以及可能的原子构型重排等特性,受到了广泛的关注和深入的研究。相比于其他非共价的键合手段,共价连接是一种更为牢固的枢纽。本文中我们将总结讨论层间共价石墨烯材料的构筑方法、性能以及应用。在构筑方法中,依据石墨烯本身的制备方法分为氧化还原法以及化学气相沉积法,而在氧化还原法中,以其宏观材料的形貌分为纸状和纤维状来讨论。接着,我们重点介绍了层间共价对其力学和电学性能的影响,并概述了此类宏观组装体材料的应用。层间共价石墨烯材料继承了石墨烯自身优异的特性,同时也具有宏观组装所赋予的性能,有望在多个领域得到广泛的应用。 ...
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由于能源消费需求的持续增长和传统化学燃料的日益枯竭,对可再生能源的需求日益迫切。以地热能、太阳能为代表的可再生能源脱颖而出。然而,这些能源的应用易受到天气、季节、地点和时间的影响,具有不稳定性、随机性、波动性和间歇性。储能技术是解决上述问题的有效途径,它可以在需要的时候储存或释放能量。在各种储能技术可选材料中,相变材料(PCMs)是智能热能管理和便携式热能领域的有力候选者。大多数相变材料都存在导热系数低、环境污染、熔点泄漏等问题,因此有必要将相变材料封装到支撑骨架材料中。事实上,支撑材料在应用中仍面临着一些重大挑战。首先,骨架材料应能抵抗相变材料在相变过程中的体积变化,即具有良好的结构稳定性。其次,还应具有较高的导热系数和较低的泄漏率。石墨烯气凝胶(GA)已被证明是提高相变材料形状稳定性的有效支撑骨架,但相变引起的泄漏和网络结构的脆性是制约其应用的关键问题。在此,我们提出了一种双脉冲电镀的强化策略,用于制备铜@石墨烯气凝胶(Cu@GA)作为相变储能骨架材料。这一结构设计中,石墨烯气凝胶上的石墨烯片层上均匀地镀上了铜层,且不同片之间被铜镀层所连接。这种铜增强石墨烯气凝胶网络结构赋予复合材料良好的导热性和坚固的骨架稳定性,有利于增强相变换热和抑制相变过程中的泄漏。此外,通过真空浸渍法将十八胺(ODA)封装在Cu@GA骨架中,获得了结构稳定性高、泄漏率低的复合相变材料(Cu@GA/ODA),保证了ODA在Cu@GA骨架材料中的均匀分散和填充。通过比较复合相变材料的重量变化,研究了不同骨架对复合相变材料泄漏率的影响。优化后的复合相变材料(CPCM)Cu@GA/ODA经20次储热、放热循环后,泄漏率降低至19.82%(w,质量分数),而GA/ODA和GOA/ODA为骨架的复合相变材料的泄漏率分别为80.31%(w)和72.99%(w)。为了探讨这种影响的原因,用扫描电子显微镜(SEM)观察了循环后骨架的形貌。铜/石墨烯气凝胶(Cu@GA)骨架材料没有明显的收缩或坍塌,仍可以保持完整的三维网络结构,而氧化石墨烯气凝胶(GOA)和石墨烯气凝胶(GA)的骨架材料三维结构不复存在,且在氧化石墨烯/石墨烯片能够观察到明显的裂隙。铜涂层可以提高骨架的微观结构稳定性,有利于提高结构稳定性,降低复合材料的泄漏率。同时,该研究为构建理想的金属增强石墨烯气凝胶复合骨架材料铺平了新的道路,该复合材料具有优异的综合性能,可用于未来的相变储能、多孔微波吸收和储能应用。 ...
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以石墨烯纳米片为骨架,聚吡咯为碳源,设计构建氮掺杂碳纤维包覆石墨烯纳米片(NFGNs)复合材料。采用SEM,XRD,Raman,FTIR,XPS和BET对材料进行表征,结果表明:相互连通的氮掺杂碳纳米纤维均匀地包覆生长在石墨烯纳米片层表面;NFGNs-800复合材料的氮原子分数为11.53%,比表面积为477.65 m2·g-1。电容特性测试结果表明:NFGNs-800电极材料的比电容为323.3 F·g-1(1.0 A·g-1),且具有良好的倍率特性;NFGNs-800超级电容器在功率密度为10500 W·kg-1时,能量密度为87.1 Wh·kg-1;经过10000次恒流充放电循环后,比电容保持率95.9%,库仑效率保持在99%以上。 ...
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