石墨烯材料制备技术与创新及发展趋势

石墨烯以其独特的π电子共轭体系和物理化学性质,已成为众多领域的研究热点。传统的石墨烯制备方法存在诸多问题,限制了石墨烯的产业化发展。基于石墨烯制备技术的不断改进和完善,高效制备石墨烯成为可能。本文综述了机械剥离、液相剥离、化学气相沉积、化学氧化还原、电化学剥离等制备方法的研究现状、优缺点及其技术创新。阐述了石墨烯材料的应用前景,预测了石墨烯材料的发展趋势。     

石墨烯的Bottom-up法制备技术新进展

随着石墨烯需求量的不断加大,掌握高效的石墨烯制备方法很有必要。石墨烯的制备方法分为Top-down和Bottom-up两大类,但Top-down法制备石墨烯存在耗时长、产品尺寸小、难以大规模工业化应用等缺陷,迫切需要一种经济有效的技术来合成高质量、大面积的石墨烯。基于这一目的,文中就Bottom-up法制备石墨烯展开讨论,介绍了外延生长法、化学气相沉积法(CVD)法、等离子体增强化学气相沉积合成(PECVD)法和溶剂热法等技术,为石墨烯大规模应用铺路。     

天然鳞片石墨微波法制备石墨烯及其电容性能

以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备氧化石墨,再利用微波法热还原氧化石墨制备石墨烯,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电性能测试等方法研究微波时间对石墨烯微观结构和电容性能的影响.结果表明,采用微波法可以将氧化石墨彻底还原为无定形的多层片状石墨烯,随着微波时间的延长,石墨烯的剥离效果越明显,比表面积呈现先增大后降低的趋势,微波处理90s制备的石墨烯比表面积为353.2 m2/g.随着微波时间的延长,石墨烯的电容量先升高后降低,倍率性能和循环性能先增加后趋于稳定,微波处理90s获得的石墨烯电容量为343 F/g,经过500次循环后容量保持率达98.5％,展示了良好的循环性能和倍率放电性能.     

石墨烯的制备及其在光催化材料中的应用

以黑龙江鸡西柳毛鳞片石墨为原料制备石墨烯,重点探讨了氧化剂配比、氧化时间对氧化石墨结构的影响,表征了氧化石墨、氧化石墨烯与石墨烯的晶体结构与形貌特征。并将石墨烯与氧化锌纳米棒阵列(RGO/ZNRs)复合,研究了石墨烯浓度对石墨烯/氧化锌纳米棒阵列复合材料光催化降解性能的影响,分析了复合材料的光降解机制。结果表明:鸡西柳毛天然鳞片石墨成功制备成单层或少层还原氧化石墨烯片,厚度为1.1~1.3 nm。石墨烯的引入有效增强了RGO/ZNRs复合材料光催化降解性能。当石墨烯浓度为2mg/mL时,RGO/ZNRs复合材料中石墨烯的含量达到最优值,光催化性能最佳。     

热接触变质煤制备石墨烯:化学结构演化

作为具有优异性能的碳材料,石墨烯应用前景广阔。我国煤炭资源储量丰富,以煤为原料,探讨制备石墨烯的研究需不断深化。受岩浆影响的热接触变质煤具有高碳含量、高芳香度等特点,但其制备石墨烯的可行性值得研究。以淮北煤田朔里煤矿5号煤层为研究对象,采集3个靠近岩浆侵入体的热接触变质煤为原料。煤基石墨烯的制备采用改进Hummers法,原煤经石墨化后,通过氧化、超声剥离、还原成石墨烯。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和X射线衍射对煤基石墨、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯逐一进行分析。结果表明:3个样品制得的煤基石墨的(002)晶面间距均为0.3381 nm。氧化石墨烯的分子结构中含有羧基、羟基和环氧基,在还原后这些官能团脱落并形成了还原氧化石墨烯结构中的缺陷。煤基石墨和还原氧化石墨烯的红外光谱都出现了羟基的特征吸收峰,区别在于煤基石墨中的羟基为石墨化过程中所残留的,而还原氧化石墨烯中的羟基则是氧化石墨烯未彻底还原所残留的。拉曼光谱分析的结果表明氧化石墨烯在还原后ID/IG(D峰与G峰强度比)>1,为还原过程中石墨烯片层表面的环氧基脱落形成的面缺陷所导致。由朔里热接触变质煤所制备出的还原氧化石墨烯的平均层数分别为4.29、3.97和4.31,均属少层石墨烯,热接触变质煤可作为制备石墨烯的原料。     

水热法合成纳米LiFePO_4/石墨烯复合材料的组织结构及其光学特性

采用溶剂热法制备了纳米磷酸铁锂及磷酸铁锂/石墨烯复合材料,研究了不同溶剂及石墨烯含量对纳米磷酸铁锂组织结构及其光学性能的影响。结果表明,以体积比为19∶1的乙二醇水溶液作溶剂所制备的纳米磷酸铁锂结晶良好,颗粒细小且粒径分布均匀。透射光谱分析表明,石墨烯的复合降低了近红光的透过率。磷酸铁锂的光学带隙与纳米材料的晶粒大小及石墨烯含量有关。     

ZnO/石墨烯与等离子体协同脱除空气中甲醛研究

甲醛污染物对人体健康危害极大,研发高效去除空气中甲醛的方法至关重要。石墨烯具比表面积大、独特电学、光学等性质,作为催化剂载体优势显著。实验采用改良后的Hummers法、水热合成法制备出优质石墨烯和新型ZnO/石墨烯复合催化剂。分别将所制备的ZnO、石墨烯、ZnO/石墨烯催化剂与等离子体结合,进行甲醛脱除研究,得出ZnO/石墨烯与等离子体结合效果最佳。在甲醛初始浓度123×10-6、流量480 m L/min、温度40℃、放电电压1.8×104 V时甲醛脱除率96.1%,远大于相同条件下单纯等离子体脱除甲醛的脱除率和单纯ZnO/石墨烯催化剂催化氧化脱除甲醛的脱除率之和。实验结果表明,ZnO/石墨烯与等离子体结合在脱除空气中甲醛过程中产生了较好的协同作用。     

石墨烯的制备方法及其应用领域的研究进展

石墨烯是由碳原子构成的只有单层原子厚度的二维晶体,具有特殊的光学、电学、热学、力学、磁学等优异性能。针对石墨烯独特的优势,分析了其主要制备方法的产品质量、尺寸、量产规模和优缺点,包括微机械剥离法、氧化石墨还原法、晶膜生长取向附生法、碳化硅(SiC)表面外延生长法、赫默法(Hummer法)、化学气相沉积法(CVD)和切割碳纳米管法等,探讨了石墨烯材料在材料物理、能源电子、生物医学以及环境保护等各个领域的推广应用和发展前景,展望了石墨烯材料的未来应用潜力、商业价值及高端领域中现有制备方法的应用缺陷,从而为更好地开展高质量、产业化、可实用化石墨烯的应用与研发打下了一定的理论基础。     

黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

石墨烯作为21世纪的战略性新兴材料，因其优异的性能受到广泛关注。研究表明煤可作为石墨烯碳源，并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征，结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类型多样的特点，旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征。采集黔西地区深成叠加热液变质作用6个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用4个煤样，全部利用HCl-HF-HNO₃酸洗方法进行处理后得到脱矿煤样，以排除矿物的影响；后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2 800℃高温处理后得到煤基石墨样品；最后利用改进的Hummers氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声剥离、还原处理，得到石墨烯样品；用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的X射线衍射(XRD)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数，用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光谱(Raman)对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数，用于观察样品微观表面形貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像。实验及表征结果：透射电镜(TEM)得到的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3～5层的石墨烯层片。X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Rama...     

废旧电池制备氧化石墨烯

论文针对废旧锌锰电池中的碳棒进行高附加值回收利用,采用改进的Hummers法从废旧锌锰电池中回收制备氧化石墨烯,考察了低温反应时间、中温反应时间、高温反应时间、高锰酸钾用量、浓硫酸用量和不同干燥方式对制备产品氧化石墨烯的影响。结果表明：以碳棒为原料制备氧化石墨是可行的,当石墨粉用量为1g时,高锰酸钾5g、浓硫酸20 mL、低温反应时间2 h、中温反应时间4 h、高温反应时间30 min,可制备得到氧化程度较高的氧化石墨烯。     

智能微/纳米容器的制备及其防腐应用研究进展

智能涂层一直是涂层领域关注的重点。微/纳米容器在智能涂层中的主要作用是容纳缓蚀剂或活性剂的特定器皿,其设计和制备对于智能涂层的应用起到了十分关键的作用。本文综述了近年来微/纳米容器的制备及其应用的研究进展。在综合国内外文献基础上,对四种典型的微/纳米容器即埃洛石纳米管、介孔二氧化硅、类双层氢氧化物和分子筛的制备和应用进行了讨论,还重点介绍了这四种微/纳米容器在防腐领域的应用和研究进展。指出了微/纳米容器体系构建、制备工艺优化以及在防腐应用中的发展前景。     

聚合物耐磨防腐涂层材料及其应用

简要介绍了聚氨酯改性环氧聚合物耐磨防腐材料的合成工艺及其影响因素.对比了聚氨酯改性环氧聚合物涂料、丁腈改性环氧耐磨涂料和国外同类产品的抗磨损性能.结果表明,该聚合物涂料的耐磨防腐性能明显高于同类型其它涂层材料,具有良好的市场前景.     

电沉积Ni-W合金纳米晶的组织与性能

通过电沉积方法镧备Ni-W合金纳米晶，研究钨酸钠浓度、电流密度、镀液pH、温度等四个工艺参薮对Ni-W合金沉积速率、星徽硬度、镀层表面质量的影响。结果表明，通过控镧钨酸钠浓度，可获得不同尺度的Ni-W合金纳米晶，随电流密度增加，镀层的沉积速率和星徽硬度提高。镀液的pH对镀层性能影响最大。Ni-W合金纳米晶镀层具有较高的抗腐蚀性。     

石墨的矿物学属性、功能化与石墨新材料的应用

基于石墨的成分、结构和化学键特性,阐述了石墨独特的理化性能、功能化加工技术及新型石墨功能化产物和应用。重点讨论了膨胀石墨、石墨纳米片和石墨烯的制备工艺技术的研究进展,以及石墨功能化产物在密封材料、吸附材料、储能材料、气体传感器及功能涂料等方面的应用研究现状。针对目前石墨功能材料产业发展现状,亟需制定石墨新型功能材料的相应评价标准,提升高端石墨材料的应用技术,对石墨战略非金属矿产资源的发展具有重要意义。      

冷喷涂表面技术沉积机理及其应用关键技术研究

目的 为了在金属新材料、材料表面改性、纳米涂层、增材制造、稀土高值利用等研究领域形成自身特色,拓展冷喷涂技术应用范围,使冷喷涂涂层、修复层和增材构件得到更广泛的应用。方法 在研究了进口冷喷涂系统设计原理和材料学的基础上,分析了冷喷涂沉积机理,研发了多种具有独特性能的新型冷喷涂涂层制备关键技术。结果 已研发了Cu-Fe原位合金箔材冷喷涂制备技术、新型Cu-Fe合金导热导磁涂层冷喷涂制备技术、Cu/Fe复合材料/零部件冷喷涂制备技术、氧化镧掺杂铝/纳米TiO2复合功能涂层冷喷涂制备技术。结论 通过冷喷涂技术可获得均匀致密且无氧化物的涂层,几乎适用于所有金属及其合金的沉积成膜、零部件修复、增材制造等,同时也适用于多种陶瓷涂层、有机聚合物涂层、复合涂层和纳米涂层的制备,已成为研发非晶、纳米和新型复合材料涂层的有效手段。     

微弧氧化在液压支架立柱防腐中的应用

立柱腐蚀是导致液压支架失效的主要原因,在传统防腐方法的基础上,笔者研究了一种新型表面处理工艺——微弧氧化,分析求得对微弧氧化膜层性能影响的最优电参数。实践证明,在液压支架立柱防腐中微弧氧化是一种切实可行的防范措施。     

箱型钢结构井架制作工艺

主要从前期准备、下料、组对、焊接、防腐等几个方面详细阐述了大型钢结构箱形井架的制作工艺及质量控制措施,该工艺既保证了井架的整体拼接尺寸,同时又保证了井架的焊接质量及焊接变形,取得了一定经济效益。