三维结构石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备和电磁屏蔽性能

以三维结构的石墨烯气凝胶为填料,通过真空浸渍的方法,将环氧树脂浸入并固化,制备石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料.利用FT-IR,XPS和XRD等测试手段,研究制备过程和炭化处理中石墨烯气凝胶的化学结构变化.实验结果表明:氧化石墨烯和聚酰胺酸,通过物理吸附的方式,形成石墨烯气凝胶.300℃热处理使得聚酰胺酸亚胺化成聚酰亚胺,氧化石墨烯得到部分还原.随着炭化温度的提高,石墨烯气凝胶中的石墨烯片层还原程度越高,聚酰亚胺炭化程度越高.与此同时,扫描电镜和光学显微镜结果表明,炭化处理和真空浸渍后,石墨烯气凝胶仍然可以保持良好的三维网络结构.在此基础上,石墨烯气凝胶作为导电填料,利用其三维网络结构,使得对应的复合材料具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能.在石墨烯气凝胶含量仅为6.23％(质量分数)时,复合材料的电导率就可以达到252 S·m-1,电磁屏蔽效能高达75 dB.     

石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的制备及其性能

分别以氧化石墨粉(GO)、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液(RGO)和热法还原石墨烯粉(TRG)为填料,分散于酚醛树脂(PR)的乙醇溶液中,再将这些基体混合物涂覆于炭纤维(CF)布上,经热压成型工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维、热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料。研究了GO、RGO和TRG对复合材料结构、压缩性能、弯曲性能及磨擦性能的影响。结果表明,与纯酚醛树脂/炭纤维复合材料相比,当纳米填料的质量分数仅为0.1%时,层次复合材料的压缩性能可显著提高,其中,热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维的压缩强度和模量分别提高了178.9%,129.5%;弯曲性能也可得到一定的改善。还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的最大储能模量可提高75.2%。所有改性石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的Tg均有所降低。     

石墨烯表面性质对水泥砂浆复合材料力学性能和微观结构的影响

近年来,利用石墨烯及其衍生物改善水泥基复合材料性能受到了广泛关注。但是,关于石墨烯表面性质对水泥基材料的性能影响却鲜有报道。为此,采用不同浓度的L-抗坏血酸(10wt%、20wt%、30wt%、50wt%和70wt%)和还原时间(15 min、30 min、45 min和60 min)将氧化石墨烯(GO)转化为还原氧化石墨烯(rGO),然后以相同剂量(水泥质量的0.05%)加入到水泥砂浆复合材料中,研究了不同还原程度的rGO对水泥砂浆力学性能的影响。测试结果表明,通过50wt%L-抗坏血酸还原30 min制备的rGO的加入使水泥砂浆28天抗压强度和抗折强度相比于普通试样分别提高了36.84%和43.24%。SEM等分析表明,GO和不同还原程度的rGO均可促进Ca(OH)₂的结晶和水化硅酸钙凝胶(C-S-H)中二氧化硅四面体的形成,形成致密的微观结构。但存在一个最佳阈值(即通过50wt%的L-抗坏血酸还原30 min),在该阈值下,有利于rGO表面官能团与水化产物的结合。      

Ce0.85Fe3CoSb12/rGO热电纳米复合材料的制备及其力学性能

p型填充方钴矿材料的力学性能相对于n型较差, 成为方钴矿热电器件集成设计的薄弱环节。本工作利用氧化石墨烯(GO)良好的润湿性和亲水性, 通过液相分散实现了GO对Ce_0.85Fe₃CoSb₁₂基体颗粒的网状包覆与均匀分散。利用放电等离子烧结技术同时实现了致密化和对GO的原位还原, 获得了2~5 nm厚还原氧化石墨烯(rGO)三维网状包覆的Ce_0.85Fe₃CoSb₁₂基纳米复合材料。该三维网状结构利用桥接作用增加了裂纹扩展额外功, 实现了对基体材料的增强增韧。当rGO含量为2.8vol%时, Ce_0.85Fe₃CoSb₁₂/rGO复合材料的抗弯强度和断裂韧性相对于纯基体材料分别提高40%和33%。但进一步提高rGO含量会增加基体晶界处的rGO厚度, 进而弱化其增强增韧效果。     

两种方法还原GO制备RGO/MOF基复合相变材料及导热性能

对氧化石墨烯(GO)分别采用热还原(1200℃)和还原剂还原(水合肼)方法制备了两种还原氧化石墨烯(RGO)粉体。进而采用真空浸渍法，分别制备质量含量5%RGO,35%金属有机框架材料[MOF,MIL-101(Cr)-NH₂]和60%石蜡(PW)的复合相变材料(CPCM)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱对两种RGO的结构进行了考察，并用Hot Disk比较两种RGO对MOF基复合相变材料热导率的增强作用。结果表明：两种方法均有利于GO中含氧官能团的去除以及sp²杂化碳晶格有序度的变化，GO得到了有效还原。然而，负载两种RGO的金属有机框架材料基复合相变材料表现出了不同的导热性能。在常温下，MIL-101(Cr)-NH₂和纯石蜡的热导率分别约为0.21W/(m·K)和0.25W/(m·K)。加载5%还原剂法得到的RGO/MOF基复合相变材料的热导率值达到1.43W/(m·K),远远高于加载5%热还原法得到的RGO/MOF基复合相变材料的值[0.33W/(m·K)]。因此，与低...     

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的制备和热性能

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料由于具有良好的热导性能和力学性能,而被广泛应用于微电子器件领域。但是通过化学剥离-还原法制备石墨烯,在填加石墨烯质量分数相同的条件下,石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的热导率差别仍然很大。研究发现这主要是由于石墨烯表面官能团含量不同所导致的,因此很难建立统一的标准评估石墨烯作为导热填料的作用效果。为了避免表面官能团对石墨烯/环氧树脂复合物热导率的影响,本研究小组采用化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯作为导热填料,对环氧树脂进行修饰,制备了一系列石墨烯/环氧树脂材料。通过研究三维网状石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂材料热导率、力学性能及热导率在高温条件下稳定性的影响,有助于完善石墨烯修饰的环氧树脂热界面复合材料的研究,并建立石墨烯作为导热填料的评价体系。     

石墨烯/泡孔氧化铝/环氧树脂复合材料导热性能

以环氧树脂为代表的高分子聚合物在电子设备、电子封装和航空航天领域中有着广泛的用途,但环氧树脂极低的热导率限制了其应用。本文以泡沫氧化铝为骨架,在其表面负载氧化石墨烯, 600～1 000℃温度下,对氧化石墨烯进行热还原,制备不同浓度的石墨烯负载的泡沫氧化铝,进一步与环氧树脂复合,得到复合材料。对泡沫氧化铝陶瓷所负载的石墨烯进行了XRD、Raman、SEM表征,对复合材料的热导率和电导率进行了测试。结果表明:热还原温度越高,氧化铝泡孔表面的氧化石墨烯被还原越充分。由于泡孔氧化铝的互相联通的管道,提供了声子传输的通道,0.533%负载量石墨烯就可以使复合材料的热导率达到了2.11 W/m·K,电导率达到了45 S/m。     

还原氧化石墨烯/聚丙烯熔喷布复合薄膜的制备与性能

石墨烯材料因其优异的导电、抗菌、防紫外、阻燃、疏水等性能吸引人们的广泛关注。为了让石墨烯稳固而均匀地负载于聚丙烯(PP)纺织品上，实验跟踪研究了从PP熔喷布到还原氧化石墨烯(rGO)负载改性PP功能薄膜整个过程。利用多巴胺的自聚成膜性对PP熔喷布进行预处理改性，使其在纤维表面引入氨基、酚羟基等官能团。随后，再在其表面负载氧化石墨烯(GO),并通过水合肼还原得到rGO/PP改性薄膜。实验通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、电阻率测试仪、接触角测试仪对改性过程中薄膜的表面形貌、表面组成、导电性能、亲水性能等进行测试和表征。结果表明：多巴胺改性后可在PP纤维表面形成均匀的聚多巴胺薄膜，后期GO的稳固负载提供活性位点。经GO负载改性，薄膜的初始水接触角由138.8°降为37.6°,实现从表面高疏水性到高亲水性的转变。经两次水合肼还原，薄膜表面负载的GO绝大部分转变为rGO,薄膜对应的电阻率直接降为1.10×10²Ω·m,展现出优异的导电性。同时，对大豆油的饱和吸附率由原来的12.8g/g增加至23.4g/g。     

三维石墨烯/环氧树脂复合材料导热特性研究

三维石墨烯具有高孔隙率、高热导率和良好的热稳定性等优点。提出利用三维石墨烯形成的连续"导热链"填充环氧树脂从而改善环氧树脂传热性能的方法,通过化学氧化还原法制备了三维石墨烯,进而采用浇注法制备三维石墨烯/环氧树脂复合材料。实验测试了导热性能、比热容和玻璃化转变温度等热物性参数。结果表明:三维石墨烯可大幅度提髙环氧树脂的导热性能。在三维石墨烯的质量分数为3%时,环氧树脂的热导率提高近7倍。研究结果为三维石墨烯在导热复合材料领域的应用提供了实验依据。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

分别通过超声共混法和原位还原法制备了石墨烯/环氧树脂复合材料。利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料中,氧化石墨烯已经被成功地还原为石墨烯,并且石墨烯具有良好的分散性。力学性能测试结果表明,两种方法制备的复合材料的力学强度较纯环氧树脂明显提高。当石墨烯的量为m(GO)/m(EP)=0.3/100时,超声混合法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约29.2%和1.4%;而原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约40.5%和9.4%。     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

三维石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及其性能EI北大核心CSCD

通过三步法及真空辅助浸渍的方法制备了石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料,该复合材料质轻并且内部的多孔石墨烯-吡咯气凝胶具有较为均一的三维结构,在与环氧树脂复合之后,这种三维结构也能很好地保留。石墨烯的三维网络为电子传导提供了快速通道,使材料的导电性能显著提高,仅有0.23%(质量分数)填料含量的石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电导率可以达到67.1 S/m。石墨烯-吡咯气凝胶/环氧树脂复合材料(1G-1%P,1300℃)的电磁屏蔽性能在8~12 GHz可以达到33 dB,更重要的是石墨烯-吡咯气凝胶骨架还起到了增强环氧树脂基体力学性能的作用,弯曲强度和弯曲模量与环氧树脂基体相比分别提高了60.93%和25.98%(10G-5%P,180℃),石墨烯-吡咯气凝胶的三维结构可以有效地改善材料整体的电磁屏蔽性能以及力学性能。     

三维多孔结构聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及电化学性能

以自制聚苯胺水凝胶和氧化石墨烯为原料采用原位聚合法和溶液灌注法制备三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合材料,然后在氢碘酸的还原下制备聚苯胺/石墨烯复合材料。采用红外光谱法、场发射扫描电子显微镜和热重分析法对制备的复合材料的结构、形貌和组成进行表征,并采用三电极测试方式对其电化学性能进行测试。结果表明,氧化石墨烯的掺入能有效防止聚苯胺和氧化石墨烯的团聚和堆叠问题,获得了具有良好三维多孔结构的聚苯胺/氧化石墨烯复合物;聚苯胺/氧化石墨烯复合材料被氢碘酸还原后,得到的聚苯胺/石墨烯复合材料的热稳定性有所降低,但其比电容和导电性等有了很大的提高,在电流密度为0.5 A/g时,PANI/GO和PANI/r GO的比电容分别为240.38 F/g和321.91F/g。     

Pickering乳液技术制备纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯电磁屏蔽复合材料

利用纤维素纳米纤丝（CNF）和氧化石墨烯（GO）共稳定的含有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的Pickering乳液法,并经抽滤、还原、热压等工艺制备高性能的纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯（CNF-rGO/PMMA）电磁屏蔽复合材料。通过调节油相中聚合物的质量浓度、水油体积比,从而调控GO在复合材料中的质量分数。研究GO还原方式、质量分数及热压过程对所制备的CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料的形貌结构与性能的影响。CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料中GO经水合肼处理后有效还原为rGO,热压工艺使包裹在PMMA颗粒外的CNF-rGO片层与PMMA颗粒紧密堆积并形成交联的三维导电网络从而具有优异的导电率,在X波段不同频率（8.2~12.4 GHz）下具有良好的电磁屏蔽效能及稳定性,电磁屏蔽效能可达20 dB以上,可用于民用电磁屏蔽材料。      

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/ Fe₃O₄(rGO/Fe₃O₄)复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m²,比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe₃O₄复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe₃O₄复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe₃O₄的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。     

超薄无序结构还原氧化石墨烯/锂金属复合箔材的制备及电化学性质

超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆，机械加工性较差，导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂；此外相比于较厚的锂金属负极，超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上”的策略制备10～50μm厚度可控的超薄还原氧化石墨烯/锂金属(rGO/Li)复合箔材，其结构由大量无序随机的rGO片层非平行排列并均匀分散在锂金属内。首先将还原氧化石墨烯(rGO)粉片与熔融锂金属在200℃下搅拌复合，获得微米级的还原氧化石墨烯/锂复合粉片，之后将复合粉片作为原材料进一步通过反复辊压制备出结构均匀、超薄的复合箔材，该方法具有一定的规模化潜力。不同于其他所报道的rGO层状薄膜结构，在复合箔材中rGO片层随机无序分散形成三维网络，有利于实现锂的均匀沉积/剥离。所制50μm超薄无序结构rGO/Li复合箔材负极在对称电池中以1 mA cm^-2、1 mAh cm^-2条件在醚基电解液中可稳定循环1 600 h以上，在与硫化聚丙烯腈(SPAN)正极组配全电池以0.2 C倍率循环220次后比容量高达～675 mAh g<...     

rGO/SiC复合材料的制备与性能研究

碳化硅(SiC)陶瓷具有优异的力学性能, 但是其断裂韧性相对较低。石墨烯的引入有望解决碳化硅陶瓷的断裂韧性较低的问题。本研究采用热压烧结工艺, 制备了具有不同还原-氧化石墨烯(rGO)掺入量的SiC复合材料。经过2050℃保温、40 MPa保压1 h后, 所制备的复合材料均烧结致密。对复合材料中rGO的掺入量、微观结构和力学性能的相互关系进行分析和讨论。加入4wt%的rGO后, 复合材料的三点抗弯强度达到564 MPa, 比热压SiC陶瓷提高了6%; 断裂韧性达到4.02 MPa•m^1/2, 比热压SiC陶瓷提高了54%。加入6wt%的rGO后, 复合材料的三点抗弯强度达到420 MPa, 略低于热压SiC陶瓷, 但其断裂韧性达到4.56 MPa•m^1/2, 比热压SiC陶瓷提高了75%。裂纹扩展微观结果显示, 主要增韧机理有裂纹偏转、裂纹桥连和rGO片的拔出。     

石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-环氧树脂)双逾渗导热复合材料的制备和性能

为在较低的导热填料含量下提高环氧树脂(EP)的热导率,通过溶液法制备了石墨烯纳米片/(酚酞聚芳醚酮-EP) (GNP/(PEK-C-EP))复合材料。基于接触角测量计算并预测了GNP的选择性分布,并通过SEM和激光闪光法研究了GNP和PEK-C含量对GNP/(PEK-C-EP)复合材料的微观结构和热导率的影响。结果表明,当PEK-C的含量为20wt%时,GNP选择性分布在PEK-C中,形成了双逾渗结构的GNP/(PEK-C-EP)复合材料,从而构建了连续导热通道。当GNP含量为1wt%时,GNP/EP复合材料导热率最高达0.375 W(m·K)?1。当GNP含量为0.5wt%时,GNP/(PEK-C-EP)复合材料导热率最高达0.371 W(m·K)?1,较GNP含量为0.5wt%的GNP/EP复合材料热导率高48%,与GNP含量为1wt%的GNP/EP复合材料的热导率基本相同。表明GNP/(PEK-C-EP)复合材料的填料量减少了50%,利用双逾渗效应可以有效减少导热填料用量。此外,比较了纯EP和GNP/(PEK-C-EP)复合材料的玻璃化转变温度、热稳定性和热膨胀系数,结果表明,GNP/(PEK-C-EP)复合材料的热性能优于纯EP。      

一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究

本研究以氧化石墨烯分散液(GO)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)为前驱体, 通过一步水热法制备自支撑三维还原氧化石墨烯/NiO复合电极材料(3D rGO/NiO)。用XRD和SEM等分析结果表明, 纳米NiO颗粒均匀分散在三维多孔石墨烯表面。当GO与Ni(NO₃)₂·6H₂O质量比为1 : 4时, 3D rGO/NiO在电流密度为1 A·g^-1 下比电容可达1208.8 F·g^-1; 当电流密度从0.2 A·g^-1增加到10 A·g^-1时, 复合电极材料电容保持率高于72.6%; 在电流密度为10 A·g^-1下进行恒流充放电循环测试10000次后, 其比电容仍然保持为初始比电容的93%, 表明该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。3D rGO/NiO复合电极材料具有比纯NiO或rGO更优异的电化学性能。     

石墨烯/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

为优化石墨烯/氰酸酯(CE)复合材料的制备工艺并提高其韧性,制备了对苯二胺(PPD)功能化的氧化石墨烯(GO-PPD),分别以GO和GO-PPD为添加物,以CE和环氧树脂(质量比为7:3)共混物为基体树脂制备了GO/CE-环氧树脂和GO-PPD/CE-环氧树脂复合材料。采用红外和拉曼光谱表征GO和GO-PPD的结构,并研究了二者在溶剂中的溶解性。GO-PPD在乙醇等低沸点和低毒性的有机溶剂中表现出稳定的溶解性,与GO相比,GO-PPD明显改善了复合材料制备的工艺性。性能研究表明,GO和GO-PPD的加入均会降低基体树脂的固化温度,明显提高其力学性能和热性能,使基体树脂的介电常数和介电损耗显著增大,但仍然基本保持良好的耐湿热性和耐腐蚀性。石墨烯表面的化学性质影响石墨烯/CE-环氧树脂复合材料的综合性能,与GO相比,GO-PPD的加入能更明显提高复合材料的力学性能和耐热性。