石墨烯纳米复合涂层在纤维织物表面的制备与应用进展

石墨烯因其导电性能优异、比表面积大、杨氏模量高等独特性能受到科研人员的广泛关注,将石墨烯应用于纤维表面改性以赋予纤维织物导电、紫外线防护、电磁屏蔽等性能,是目前的主要研法目标。以石墨烯基复合涂层纤维织物制得的材料在医疗器械,电子器件,传感器领域都呈现巨大的应用前景。从机理、制备方法、性能与应用等三个方面介绍了石墨烯基纳米复合涂层,并阐述了石墨烯基纳米复合涂层的作用机理。归纳了石墨烯纳米复合涂层纤维与织物的制备方法,其中,浸渍法具有操作简便、污染小、耗能小、重复性好等优势,且通过壳聚糖、牛血清蛋白、聚氨酯等方法改性纤维织物表面,能增强石墨烯涂层与基底牢固性,提高石墨烯基纳米复合涂层的综合性能。总结了石墨烯基纳米复合涂层纤维与织物在电磁屏蔽材料、疏水材料、柔性电极、超级电容、传感器等方面的应用研究现状,并对其发展进行了展望。     

石墨烯基涂层的性质及在抗菌和组织工程中的应用

石墨烯材料--石墨烯纳米片(Graphene nanoflakes,GFs)、氧化石墨烯(GO)或还原氧化石墨烯(rGO)、化学气相沉积技术制备的石墨烯膜(CVD-G),自问世起,迅速成为社会各界广泛关注的新型碳纳米材料。通过转移方法或者溶剂助技术,可以将CVD-G和表面含有亲水基团的GFs或GO涂覆于基体表面,形成石墨烯基涂层,涂层以其独特的形貌、结构、物理化学性质,呈现出良好的抗菌活性和细胞外基质特点,显著影响细胞的粘附、增殖和分化等行为。经过近十年的研究,生物活性石墨烯基涂层材料在细胞培养、细胞生长、组织工程支架和生物医疗器械中展示出巨大的应用潜力。着重围绕石墨烯涂层的成分和制备方法,总结具有抗菌活性的石墨烯材料所取得的重要成果与最新进展,围绕石墨烯基二维涂层(涂覆于基底的二维表面)和石墨烯基三维结构(基底为三维支架)对多种哺乳细胞的相容性和细胞行为调控,综述了石墨烯材料在组织工程支架和植入体表面改性中的研究进展,提出了生物活性石墨烯基涂层的研制方向与应用展望等。     

氧化石墨烯膜的制备、改性及应用研究进展

石墨烯的衍生物——氧化石墨烯(GO)因可实现逐层堆叠,在片层之间形成一定间距的纳米通道,通过粒子的尺寸大小不同,进行尺寸筛分,故可应用于物质的选择性分离,在膜材料领域引起了研究者们的广泛关注.基于氧化石墨烯独特的二维结构,为探索氧化石墨烯在膜分离领域的应用,对氧化石墨烯分离膜的制备技术及改性进行简要地概述.在氧化石墨烯...     

石墨烯界膜剂在汽车防腐领域的推广应用

目的选用一种新型环保的金属防腐前处理新材料来代替目前所用的磷化液、钝化液等非环保界膜剂及稳定性差、耐腐蚀性不良的硅烷膜和陶瓷膜产品。方法鉴于石墨烯界膜剂是利用环境友好型的植酸(环己六醇磷酸酯)基化合物易于在金属表面自组装成膜的特点,经改性处理后,再辅以适当的催化剂、钝化剂等助剂以及改性石墨烯纳米添加剂,开发出的新一代绿色环保、价格低廉、操作简便、性能优异的革命性材料,以重卡金属零部件为基底进行石墨烯界膜剂成膜处理,考察了膜层的形貌、硬度、厚度及耐蚀性,并与前期处理的陶瓷膜、磷化膜比对。结果该产品成膜均匀、结合力好,使外涂层在金属耐蚀性、抗老化、抗冲击性等技术指标方面均达到或优于磷化膜、硅烷膜和陶瓷膜产品,且不会形成沉淀和废渣。结论该石墨烯界膜剂性能优异并且绿色环保,值得推广应用。     

功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展

在现代工业中,使用润滑材料降低摩擦磨损已成为提高机械元件耐久性和提高机械效率的重要手段.其中,润滑添加剂已被广泛证明能够进一步改善润滑介质的润滑性能,因此研究润滑添加剂的摩擦学表现是必要的.纳米材料作为润滑添加剂,能有效提高基础润滑介质的减摩、抗磨和极压性能,改善机械系统摩擦学性能,对节能减排和环保具有重要意义.石墨烯由于其独特的二维层状结构和优异的热力学、力学等性能,可作为润滑材料,已在摩擦学领域受到了广泛关注.近年来,大量石墨烯及其纳米复合材料作为润滑添加剂被研究和制备.在大量文献的基础上,详细综述了石墨烯及其衍生物、共价键及非共价键有机功能化石墨烯、石墨烯基纳米复合材料以及石墨烯复合其他二维层状纳米材料作为润滑添加剂的研究成果,分析了影响石墨烯分散稳定性与摩擦磨损性能的因素,着重讨论了不同功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料作为润滑添加剂的减摩抗磨机理.最后,探讨了当前石墨烯及其纳米复合材料作为高性能润滑添加剂仍需要注意的问题和不足,并展望了其未来的研究趋势.     

石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中的研究进展

石墨烯及其衍生物对腐蚀介质具有良好的屏蔽性能.石墨烯化学惰性低、物理性质出色,且其衍生物氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点,具有表面官能团丰富、易于改性以及分散性良好的特点,因此在防腐蚀领域中受到越来越多的科研人员关注.综述了石墨烯耐蚀薄膜和石墨烯衍生物耐蚀复合涂层的研究进展.介绍了"自下而上"和"自上而下"两种石墨烯及其衍生物的主要制备方法,并分别介绍了其在防腐蚀领域中的耐蚀性能和耐蚀机理.概述了石墨烯耐蚀薄膜由于自身的结构缺陷和基体的碳溶解度等原因,造成薄膜无法长期提供防腐蚀保护和不能在众多金属表面直接应用的主要问题,并且针对存在的问题归纳和探讨了新型薄膜制备方法、薄膜结构设计和薄膜参数优化3种主要解决方法.整理了石墨烯衍生物纳米填料在防腐蚀领域中的主要应用方式,包括防腐蚀有机涂料、电沉积和水热法等.还阐述了由于石墨烯纳米填料之间的相互作用力和自身疏水性导致其在涂层内部分散性差的问题,并且分别对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯/氧化石墨烯量子点3类纳米填料的优缺点和改性方式进行了综合介绍和分析,探究了纳米填料通过共价结合、静电吸附等改性方式在分散性和疏水性等方面上的提升方法,以及通过锌离子和导电聚合物的电化学保护作用在纳米填料复合涂层长期防腐蚀性能上的改善途径.最后,对石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中仍然存在的问题和发展趋势进行了总结和展望.     

不同纳米碳材料增强镁基复合材料的显微组织与力学性能

以AZ91合金为基体,采用液态分散技术+粉末冶金工艺+热处理工艺制备了四种纳米碳材料(碳纳米管、包覆氧化镁碳纳米管、石墨烯纳米片和氧化石墨烯)增强的镁基复合材料;测试了复合材料的力学性能,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对复合材料微观组织、界面结构和断口形貌进行了表征及分析.结果表明:制...     

真空退火对氧化石墨烯纸的还原特性研究

目的 获得真空退火对氧化石墨烯纸的还原特性,为制备石墨烯纸柔性功能材料提供有效的还原方法.方法 通过不同温度真空退火对氧化石墨烯纸进行还原.利用X射线光电子能谱仪分析还原氧化石墨烯纸中的含氧基团及其含量,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜表征还原氧化石墨烯纸的晶体质量,利用高阻计和四探针测试还原氧化石墨烯纸的电阻率.研究了真空退火还原氧化石墨烯纸中含氧基团、晶体质量和电阻率随退火温度的演化规律.结果 200℃真空退火可有效去除氧化石墨烯纸中的主要含氧基团——环氧基,使氧化石墨烯纸的电阻率大幅下降;600℃以下真空退火主要以含氧基团相互作用形成羰基,并形成原子空位缺陷;600～1000℃真空退火主要去除缺陷边缘的羰基和羧基,侵蚀原子空位形成较大的孔洞,使晶体质量变差;1200℃真空退火能够使石墨烯重结晶,同时修复缺陷,促进sp2结构的恢复,但仍残留少量含氧基团不易去除,晶体质量和电阻率与石墨比较也存在一定的差距.结论 真空退火是一种还原氧化石墨烯纸的有效方法,退火温度在1000℃以上具有良好的还原特性.为了获得深度还原的氧化石墨烯纸,需要进一步提高真空退火温度或发展较低温度下氧化石墨烯纸的增强还原方法.     

石墨烯及碳纳米管增强铝基复合材料微观组织与耐磨性能研究

为提高铝基材料耐磨性,采用化学镀铜、镀镍复合方法制备镍铜原子包裹石墨烯和镀碳纳米管,在Al-5Mg混合粉体中添加不同质量分数(0. 1%、0. 2%)的复合镀石墨烯,并在添加质量分数为0. 5%的复合镀石墨烯基础上,添加不同质量分数(0. 1%、0. 3%和0. 5%)的复合镀碳纳米管后,进行超声-电磁复合分散,通过真空热压烧结的方法,制备石墨烯及碳纳米管增强铝基复合材料。利用扫描电子显微镜对试样进行微观组织观察,利用能谱仪对其进行微区成分分析,采用摩擦磨损试验机测试试样摩擦系数和磨损量。研究结果表明:当添加质量分数为0. 5%的石墨烯和0. 5%的碳纳米管时,所制备的铝基复合材料基体上均匀分布着亮白的铝镍相和石墨烯及碳纳米管,局部有石墨烯及碳纳米管团聚现象,团聚的石墨烯及碳纳米管表面保留着复合镀后的镍和铜元素。铝基复合材料的摩擦系数及磨损量随着石墨烯及碳纳米管添加量的增加而明显降低,当加入质量分数为0. 5%的石墨烯和0. 5%的碳纳米管时,其摩擦系数降低至0. 14～0. 27之间。     

微连接用碳基纳米颗粒增强无铅复合钎料的研究新进展

综合评述含碳纳米管、石墨烯纳米片等碳基纳米颗粒增强微连接用无铅复合钎料的研究现状,介绍了碳纳米管、石墨烯纳米片、富勒烯、金属改性碳纳米管(石墨烯纳米片)等增强相对无铅钎料和钎焊接头组织与性能的影响。简述了无铅复合钎料的制备方法、熔化特性、导电性、润湿性、力学性能和无铅复合钎料焊点可靠性等,指出了碳基纳米颗粒增强无铅复合钎料存在的问题、解决措施及发展趋势。     

(0.96Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3~-0.04BaTiO_3)-(0.98K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3~-0.02LiTaO_3)无铅压电陶瓷的结构分析与性能研究

研究了(1-x)(0.96Bi_0.5Na_0.5TiO_3-0.04BaTiO_3)-x(0.98K_0.5Na_0.5NbO_3-0.02LiTaO_3)(BNTBT-KNNLT)体系在0≤x≤0.07这一组分区域的结构和性能.X射线衍射谱发现,这一系列组分在室温下形成纯钙钛矿型固溶体,没有其他杂相产生.(111)峰的峰位和峰形随组分的变化有规律的变化.随着KNNLT组分的加入,压电及介电等性能有比较明显的改变.压电性能随KNNLT的加入出现最大值.当x=0.02时,压电常数d_(33)=125 pC/N.介电常数在室温下随组分的增加而增加.电滞回线的结果显示,尽管在BNTBT中掺杂了KNNLT,这一系列的压电陶瓷仍然具有较大的矫顽场.当x=0.02时,室温下介电常数和剩余极化强度分别为:ε_r=1455,P_r=32.3 μC/cm~2.实验结果表明适量的KNNLT掺杂进BNTBT中可以改善BNTBT的压电和介电性能.     

Mo-Si-B系材料的性能及制备

综述了Mo-Si-B系材料的研究进展。主要就材料在各种环境中的氧化性能、单相和多相材料的力学性能、材料的电学性能和热学性能等方面的研究进展进行了介绍。通过无压烧结方法,在1600℃合成了7种不同原料配比的Mo-Si-B系材料。用X射线衍射仪分析了材料的物相组成,确定了最佳的B与Si的原子比为0．865。但是无压烧结法得到的材料致密度不够,还需要对合成工艺作进一步的研究。     

Preparation and properties of C/C−ZrB2−SiC composites by high-solid-loading slurry impregnation and polymer infiltration and pyrolysis (PIP)

Ultrahigh-temperature ceramics were added to C/C composites to meet their application requirement in a high-temperature oxidizing environment. C/C−ZrB₂−SiC composites were fabricated by high-solid-loading slurry impregnation with polymer infiltration and pyrolysis. The dispersion and rheological behavior of ZrB₂ slurry and the microstructural, mechanical, and ablation properties of the C/C−ZrB₂−SiC composites were investigated. Results indicated that a well-dispersed and low-viscosity ZrB₂ slurry was obtained using 0.40 wt.% polyethyleneimine as a dispersant at pH 5. Ceramics were uniformly distributed in the short-cut fiber layer and needle-punched area. The flexural strength of the C/C−ZrB₂−SiC composites was 309.30 MPa. The composites exhibited satisfactory ablation resistance under the oxyacetylene flame of 2500 °C, and the mass and linear ablation rates were 0.40 mg/s and 0.91 μm/s, respectively. A continuous and compact ZrO₂ layer, which could effectively reduce the diffusion rate of oxygen and protect the composites from being ablated, was formed.     

Superconductivity and ferromagnetism in Pd doped Y9Co7

The ferromagnetic superconductor Y₉Co₇ was chemically doped to yield the solid solution Y₉Co_7-xPd_x for 0 < x < 0.4. The lattice parameter a does not depend on x, whereas c increases with increasing Pd content up to x = 0.2, the palladium solubility limit. The transition from ferromagnetism (T_C = 4.25 K) to superconductivity (T_sc = 2.4 K) was observed only for the parent Y₉Co₇ compound. For the lowest tested Pd doping level (x = 0.05), ferromagnetism is enhanced strongly (T_C = 9.35 K) and superconductivity is not seen above 1.8 K. The Curie temperature rapidly increases from 4.25 K to about 10 K for a Pd concentration of x = 0.1 and remains almost unchanged for Y₉Co_6.8Pd_0.2.     

Synthesis and thermoelectric properties of the quaternary type-I Si clathrates K8-δGaxAlySi46-x-y

The effects of substituting Ga atoms with Al on the thermoelectric properties of the ternary Si clathrate K₈Ga₈Si₃₈ were assessed over the temperature range of 10–700 K. For this purpose, the series of quaternary Si clathrates K_8-δGa_xAl_ySi_46-x-y (x + y ≈ 8; 0 ≤ y < 8) was synthesized by heating mixtures of K, Ga, Al and Si at temperatures between 1223 and 1353 K. The lattice constant of K_8-δGa_xSi_46-x was found to increase with the Al content, y, and Al substitution also significantly changed the transport properties of the clathrate, even though Al and Ga are isovalent. Electrical resistivity measurements showed that the conduction mechanism changed from variable range hopping conduction to metallic conduction with increasing y. The Seebeck coefficient, S, was negative for all of the samples, indicating that the dominant carriers were electrons, while the absolute value of S decreased with y. All specimens had approximately the same value of thermal conductivity, κ, on the order of 1.4 W/Km at 300 K, except for K_7.7Al_7.5Si_38.8. K_7.5Ga_4.8Al_3.0Si_38.7 exhibited the largest power factor, and therefore the highest thermoelectric dimensionless figure of merit, ZT, with a value of 0.066 at 550 K. This value is approximately six times that of the ternary Si clathrate K_7.4Ga_7.7Si_38.9.     

FeCuNbSiB非晶纳米晶带材软磁性能和压磁性能研究

本文主要研究了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶带材在不同的热处理工艺和压应力条件下的软磁性能变化情况.结果表明:带材在550℃×1h热处理工艺时将晶化成纳米晶材料,此时带材软磁性能最好;纳米晶带材的|μ|,受压应力影响大,尤其是在小于0.2MPa压应力作用下,软磁性能变化非常敏感,|μ|随压力增加而迅速下降;带材Q值在小于0.2MPa压应力作用下变化非常敏感,Q值随压力增加而迅速下降.当压应力大于0.2MPa时,Q值随压应力变化不明显,压应力不影响带材Q值随频率的变化规律.     

Fe-Co软磁合金磁性能及机械性能的研究

Fe-Co合金是重要的软磁材料,应用广泛.本文综述了化学成分、合金元素、有序度、晶粒尺寸、磁场、杂质和应力对其磁性能和机械性能的影响.并分析了Fe-Co合金的应用前景和发展趋势.     

Sn改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的微观组织和力学性能

采用自制Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料钎焊TA2钛合金,研究了不同Sn元素含量改性Ti-Zr-Cu-Ni钎料的熔化特性、微观组织及物相、润湿及熔蚀性、接头拉伸强度。研究表明,Sn含量增加,Ti-Zr-Cu-Ni-Sn钎料固、液相线温度基本升高,但温度差值基本变窄,可更好地抑制钎焊界面脆性化合物形成。Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料组织由Ti、Zr基体和晶体相构成,Sn倾向与Ti、Zr结合形成Ti₂Sn₃、Ti₆Sn₅、Zr₅Sn₃等低熔点共晶相。Sn≤1.5%时,随Sn含量增加,钎料对TA2钛合金的润湿性逐渐变差;继续增加Sn,钎料润湿性改善,添加5%Sn的钎料对基体润湿最佳。添加5%Sn并降低Cu、Ni总量的改性钎料对TA2钛合金熔蚀减弱。相同钎焊工艺下,添加5%Sn接头的强度和塑性均有提升。钎焊温度升高,Ti-Zr-Cu-Ni钎料产生更多强化物相,致接头强度大幅提升,而Ti-Zr-Cu-Ni-5Sn钎料产生的含Sn物相强化作用对接头强度提升有限;相...     

不同纺丝工艺国产高强中模碳纤维及其复合材料性能对比

目的 进一步探究国产不同纺丝工艺高强中模碳纤维及其复合材料的相关性能,并验证干喷湿纺工艺碳纤维的表面状态及其复合材料性能。方法 针对干喷湿纺的GW800G和湿喷湿纺的CCF800H两种碳纤维及其复合材料,采用场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和动态接触角测量仪表征其表面形貌、表面化学特性以及表面能,对两种碳纤维的微观表面性能以及微观结构进行对比分析,并与相同的高温环氧树脂复合,通过热压罐成型技术制成层合板,进一步表征两种复合材料的力学性能,并观察了复合材料90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌。结果 GW800G碳纤维表面形貌较光滑,CCF800H碳纤维表面粗糙度较大且凹槽明显。GW800G碳纤维和CCF800H碳纤维表面化学活性较高和表面能均较高,表面活性碳原子比例分别达到了34.11%和33.24%,表面能分别达到了36.92 mJ/m²和40.08 mJ/m²,二者水平差距较小。同时两种碳纤维的微晶结构相似,GW800G碳纤维具有更高的石墨化程度。这些特点...     

Strengthening of transparent spinel/Si3N4 nanocomposites

In response to a need for improving the mechanical properties of optically transparent ceramics, the nanocomposites approach is used to strengthen transparent magnesium-aluminate spinel with Si₃N₄ nanodispersoids. The as-processed nanocomposites are found to be >70% transparent in the critical infrared wavelength range of 3-4.5 μm. Mie scattering combined with absorption by the Si₃N₄ nanodispersoids explains quantitatively the IR transmission behavior of these nanocomposites. The nanocomposites are also found to be transparent in the visible region. Upon heat treatment (1000 °C for 4 h in air), the optical properties of the nanocomposites remain unchanged. However, the heat treatment results in a 29% increase in the average strength, accompanied by almost doubling of the Weibull modulus, and an 85% increase in the indentation toughness. The improvements in mechanical properties after the heat treatment in these nanocomposites are explained qualitatively, based on generally accepted arguments involving surface-oxidation-induced surface compression and flaw-healing. While further work is needed to fully understand and exploit these effects, this first report on transparent nanocomposites could have broad implications for the creation of mechanically robust, transparent ceramics of the future.