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石墨烯包覆对纳米颗粒摩擦与磨损性能的影响

力学季刊 2022年第4期43卷 782-790页

作者：柳向泽陈杨霍占磊郭争荣上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海市能源工程力学重点实验室上海200444 河北工程大学土木工程学院河北工程大学计算力学与工程应用研究中心河北邯郸056038

石墨烯与纳米颗粒作为润滑剂广泛应用于各类机械系统,研究二者的结合将对机械系统的摩擦与磨损性能产生的影响,具有重要的科学研究价值和现实意义.本文基于分子动力学模拟,建立了四种石墨烯包覆(石墨烯包覆纳米颗粒或者包覆基底)模型,... 详细信息

石墨烯与纳米颗粒作为润滑剂广泛应用于各类机械系统,研究二者的结合将对机械系统的摩擦与磨损性能产生的影响,具有重要的科学研究价值和现实意义.本文基于分子动力学模拟,建立了四种石墨烯包覆(石墨烯包覆纳米颗粒或者包覆基底)模型,研究了石墨烯的包覆方式对纳米颗粒与基底之间的滑动摩擦和磨损性能的影响.研究发现,石墨烯包覆会极大地改变纳米颗粒与基底之间的瞬时摩擦力,并有效提升纳米颗粒与基底之间的抗磨损性能.石墨烯的包覆方式会导致纳米颗粒与基底之间的吸附力产生显著的变化,进而影响摩擦力.针对石墨烯同时包覆纳米颗粒和基底的情况,还考虑了石墨烯的接触公度性对摩擦力的影响.结果显示,石墨烯的接触公度性不会显著影响包覆结构的摩擦性能,并阐述了相关原因.

关键词：摩擦磨损金刚石纳米颗粒石墨烯包覆

石墨烯包覆天然球形石墨材料的制备及其电化学性能的研究

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石墨烯包覆天然球形石墨材料的制备及其电化学性能的研究

作者：牛莹北京化工大学

学位级别：硕士

天然石墨是目前应用最广的锂电负极材料,具有充放电电压平台低、成本低、比容量高等优点。但其与电解液相容性差,易发生由于溶剂化锂离子的共嵌入而导致的石墨层的剥离,造成电极首次库伦效率低、循环稳定性能差、倍率性能差。石墨烯是由... 详细信息

天然石墨是目前应用最广的锂电负极材料,具有充放电电压平台低、成本低、比容量高等优点。但其与电解液相容性差,易发生由于溶剂化锂离子的共嵌入而导致的石墨层的剥离,造成电极首次库伦效率低、循环稳定性能差、倍率性能差。石墨烯是由sp2杂化碳原子构成的二维平面结构,被认为是组成石墨的基本单元。石墨烯被引入锂离子电池电极材料中是由于其良好的导电性,大的比表面积,很好的结构灵活性,以及良好的热稳定性及化学稳定性。本论文从氧化石墨烯出发,采用两种简单的“两步法”制备不同包覆比例的石墨烯包覆天然球形石墨材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、以及一系列电化学测试手段考察了材料的形貌结构及电化学性能。同时研究了还原氧化石墨烯作为天然球形石墨负极导电剂的电化学性能及乙炔黑导电剂的添加对石墨烯包覆球形石墨材料电化学性能的影响。我们发现,较传统导电剂——乙炔黑(Acetylene black,AB),相同用量下还原氧化石墨烯作为导电剂的天然球形石墨电极表现出更高的容量和更好的循环性能。在不添加导电剂的情况下,石墨烯包覆天然球形石墨材料表现出较高的首次库伦效率,很好的循环稳定性和倍率性能。当石墨烯包覆量为1%时,材料50次循环后的可逆容量可与添加10%AB的石墨电极等同;当石墨烯包覆量为2.5%时,材料的比容量完全高于添加10%AB的石墨电极。材料电化学性能的改善归因于石墨烯的包覆。一方面,石墨烯的柔软可变性可以保证石墨颗粒在充放电过程中的结构完整性,从而有效改善材料的循环稳定性;另一方面,石墨烯的存在提高了电极的导电性,促进更好导电网络的形成,从而改善材料的倍率性能和循环性能。因此,石墨烯包覆天然球形石墨材料中,石墨烯不仅是活性物质,也发挥导电剂的作用。对于石墨烯包覆天然球形石墨材料,5 wt.%乙炔黑导电剂的加入进一步提高了材料的比容量和倍率性能,乙炔黑与石墨烯协同作用,能更有效地构建导电网络,从而使电极表现出更优的性能。

关键词：天然球形石墨石墨烯包覆锂离子电池负极材料导电剂

石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备及其电化学性能

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石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备及其电化学性能

作者：李绮茹苏州大学

学位级别：硕士

磷酸铁锂是新一代锂离子电池的理想正极材料,该材料具有热稳定性好、理论容量高、循环性能优良、原料价格低廉及环境友好等优点,被广泛地关注和研究。但该材料的电子电导率极低,接近于绝缘体材料,制约了其在中大型储能电池、电动汽车方... 详细信息

磷酸铁锂是新一代锂离子电池的理想正极材料,该材料具有热稳定性好、理论容量高、循环性能优良、原料价格低廉及环境友好等优点,被广泛地关注和研究。但该材料的电子电导率极低,接近于绝缘体材料,制约了其在中大型储能电池、电动汽车方面的应用。为了解决材料导电性差的问题,本论文采用了不同的包覆方法合成了磷酸铁锂/石墨烯复合材料,并就复合材料的结构和电化学性能等方面展开探讨和研究。主要研究内容和结果如下:(1)采用简单的固相法,以草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂为原料,有机碳源葡萄糖和氧化石墨烯为复合碳源,合成了LiFePO/graphene/C复合材料,并探讨了复合碳源的最佳加入量。研究表明,双包覆磷酸铁锂材料比仅仅包覆石墨烯的样品具有更高的放电比容量,当有机碳源的加入量为15 wt.%,氧化石墨烯含量为5 wt.%时,材料能发挥最佳的电化学性能。通过交流阻抗测试证实该加入量的材料电极表面的电荷转移阻抗有效减小。(2)为了改善石墨烯与磷酸铁锂颗粒的结合,论文以FeSO·7HO、NHHPO和氧化石墨烯为原料,采用沉淀法合成了FePO·xHO/GO前驱体,再与锂源混合,通过碳热还原法制备得到颗粒粒径小、石墨烯包覆紧密的LiFe PO/graphene复合材料。研究表明,复合材料在0.1 C倍率下放电比容量为163.4 mAh/g,为理论容量的96.11%,在1 C、2 C、5 C、10 C倍率的放电比容量分别为150.9 mAh/g,144.9 mAh/g,130.8 mAh/g,103.4 mAh/g,具有较好的大倍率放电性能。

关键词：锂离子电池磷酸铁锂石墨烯包覆电化学性能

石墨烯包覆硫化镍超级电容器复合材料性能研究

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石墨烯包覆硫化镍超级电容器复合材料性能研究

作者：尹家欢太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,化石能源所带来的能源危机和环境污染迫使着全球各国逐渐转向以太阳能、风能、潮汐能等新型绿色能源作为基本能源。然而原有的能源储存设备已无法满足新型绿色能源的应用。此外,随着经济的发展,智能化便携式设备的需求不断增加... 详细信息

近年来,化石能源所带来的能源危机和环境污染迫使着全球各国逐渐转向以太阳能、风能、潮汐能等新型绿色能源作为基本能源。然而原有的能源储存设备已无法满足新型绿色能源的应用。此外,随着经济的发展,智能化便携式设备的需求不断增加也促进了新型能源储存装置的发展。其中超级电容器作为一种新型的能源存储设备,不仅继承了传统电容器原有的高功率、寿命长等优点,还具有很高的能量密度,因此超级电容器在能源存储领域方面极具应用潜力。赝电容器作为超级电容器的一种,是通过快速可逆的化学反应来存储电能,具有比传统电容器更高的能量密度。近年来,在众多可用的赝电容材料中,纳米结构金属硫化物MS(如M=Ni,Cu,Mo…)由于其优良的物理化学性质和良好的电化学性能已经成为前途广阔的电极材料。其中作为赝电容器电极材料的NiS具有理论比电容高、循环寿命长、原材料丰富且环境友好等优点,但由于NiS本身内阻较高和易于团聚等因素限制了其在能量储能领域的广泛应用。通常为了缓解上述问题,除了通过合理设计NiS电极材料的纳米结构外,还将其与导电性良好的石墨烯复合,以降低电极材料的内阻而提高其电化学性能。本文首先以不同的基底制备得到二维纳米片阵列结构的氢氧化镍,采用改进Hummers法制备出高质量的氧化石墨烯,以物理包覆的方式将石墨烯负载到氢氧化镍上,最终以离子交换法制备得到石墨烯包覆硫化镍复合材料。本文采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和能谱仪等技术手段对石墨烯以及复合电极材料进行结构表征;利用循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗对石墨烯及复合电极材料进行电化学性能测试,研究了石墨烯包覆硫化镍电极材料的电化学性能。结构测试结果表明:在不同基底表面上合成了均匀分布的二维纳米片阵列结构的硫化镍,且石墨烯包覆硫化镍表面。首先该结构具有较好的电化学稳定性,其次具有较好的离子和电子传输性,此外,二维纳米片阵列结构具有较高的比表面积,有利于电化学反应的进行。同时石墨烯的介入,可以为活性物质提供更快的电子传输通道。电化学测试表明:石墨烯硫化镍复合电极拥有可观的电化学性能。其中以碳布为基底的复合电极在电流密度为2 mA cm时,比电容达到了1910 mF cm,经1000圈循环后比容量仍保留100%。在石墨烯硫化镍复合材料中,虽然石墨烯本身提供的比电容量极少,但由于石墨烯的介入,复合材料相对于单纯的硫化镍电极具有更好的电化学性能。

关键词：硫化镍石墨烯包覆超级电容器电化学储能

氧化石墨烯包覆碳复合材料的制备及导热性能研究

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氧化石墨烯包覆碳复合材料的制备及导热性能研究

作者：吕峰天津大学

学位级别：硕士

高导热碳基复合材料具有高导热、低热膨胀性和耐高温性能,是构建高效散热体系的重要材料。碳材料的热导率(k)取决于其晶体或结构取向性,一维(1D)纳米管和二维(2D)石墨烯呈现出明显的导热各向异性。其中sp杂化碳原子允许声子通过沿管轴... 详细信息

高导热碳基复合材料具有高导热、低热膨胀性和耐高温性能,是构建高效散热体系的重要材料。碳材料的热导率(k)取决于其晶体或结构取向性,一维(1D)纳米管和二维(2D)石墨烯呈现出明显的导热各向异性。其中sp杂化碳原子允许声子通过沿管轴或平面方向定向的晶格传输,从而产生高平面热导率(k)。然而,声子在垂直于管轴或晶格平面的方向上会发生严重的散射,导致垂直方向热导率(k)比轴向或平面方向的k低一个或两个数量级。因此,优化3D复合结构是提高k重要方法之一。本文制备了具有高k的3D石墨烯包覆-碳纳米管阵列(VACNTs)/石墨(GT)多级复合材料。通过化学气相沉积(CVD)法在膨胀石墨(EG)层间均匀生长不同长度的VACNTs获得VACNTs-EG复合体,选择尺寸为100μm氧化石墨烯(GO)对VACNTs-EG表面进行包覆,在此基础上进行高温热压,制备3D有序复合材料。层间包覆能有效提高结构在垂直方向的稳定性,因此在垂直平面方向形成1D有序阵列,实现有效的纵向热传导。通过VACNTs的长度和还原氧化石墨烯(r GO)包覆的协同效应来控制复合材料的导热性能。在相对较低的密度(1.67g/cm),r GO-VACNTs/GT复合材料的最高k为32.96 W/m K,比VACNTs/GT(20.1 W/m K;密度=1.85 g/cm)高60%。观察有限元分析以及红外热像仪测试结果表明3D有序复合材料可以实现纵向方向上的快速热疏导。利用激光诱导的热致变色器件验证了r GO-VACNTs/GT复合材料在整体结构范围内具有良好的导热性。以上研究结果显示,兼具3D复合结构高k的r GO-VACNTs/GT有望用于高效散热体系。

关键词：碳复合材料石墨烯包覆微观结构导热性能

石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的合成及性能研究

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江苏陶瓷 2013年第6期46卷 14-16,19页

作者：汪贝贝雍自俊田哲周竹发苏州大学材料与化学化工学部江苏苏州215123

通过溶胶凝胶法合成了石墨烯包覆的橄榄石型LiFePO4/石墨烯正极复合材料。实验采用在磷酸铁锂前驱体制备过程中加入石墨烯,经高温煅烧后实现了石墨烯与磷酸铁锂的均匀包覆。研究了石墨烯对正极材料的结构和电化学性能的影响。研究结果表... 详细信息

通过溶胶凝胶法合成了石墨烯包覆的橄榄石型LiFePO4/石墨烯正极复合材料。实验采用在磷酸铁锂前驱体制备过程中加入石墨烯,经高温煅烧后实现了石墨烯与磷酸铁锂的均匀包覆。研究了石墨烯对正极材料的结构和电化学性能的影响。研究结果表明,LiFePO4/石墨烯复合材料的颗粒尺寸比纯LiFePO4明显减小,石墨烯包覆后的LiFePO4材料的电荷转移电阻显著降低,在0.1 C电流密度下的首次充放电比容量达到143.6 mAh/g,循环性能也得到较大提高。

关键词：溶胶凝胶法 LiFePO4 石墨烯包覆

石墨烯包覆对H_2Ti_(12)O_(25)负极材料电化学性能影响研究

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当代化工 2017年第10期46卷 1991-1993,1997页

作者：杨高利梁晶晶刘治芳天津大学理学院天津300072

H_2Ti_(12)O_(25),作为一种新型高压负极材料,由于其循环性能好、能量密度高而逐渐引起人们的注意。本文利用湿法对负极材料H_2Ti_(12)O_(25)进行了石墨烯包覆。结果表明,石墨烯包覆能够有效的降低H_2Ti_(12)O_(25)电荷转移电阻,提高其... 详细信息

H_2Ti_(12)O_(25),作为一种新型高压负极材料,由于其循环性能好、能量密度高而逐渐引起人们的注意。本文利用湿法对负极材料H_2Ti_(12)O_(25)进行了石墨烯包覆。结果表明,石墨烯包覆能够有效的降低H_2Ti_(12)O_(25)电荷转移电阻,提高其锂离子扩散速率。H_2Ti_(12)O_(25)/graphene在1 C下的首次充电(脱锂)容量为181.6 mA·h·g^(-1)(1 C=200 m A·g-1),容量保持率为92.3%,而未包覆的H_2Ti_(12)O_(25)首次充电容量为168.5 mA·h·g^(-1),容量保持率仅为90.2%。此外,H_2Ti_(12)O_(25)/G3也表现出较好的倍率性能。

关键词： H2Ti12O25 石墨烯包覆锂离子电池倍率性能

石墨烯包覆高铁酸钾复合材料的制备及其电化学性能研究

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石墨烯包覆高铁酸钾复合材料的制备及其电化学性能研究

石墨烯包覆的铁纳米粒子合成及其费托催化性能研究

第30届全国化学与物理电源学术年会

作者：郭玉凤李景印李娜李昌家河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室河北科技大学理学院

采用原位包覆法制备出石墨烯.高铁酸钾复合材料,并将其应用于高铁酸钾-锌电池体系。测试了该电池在1mA电流下的放电性能及开路电压下的电化学阻抗图谱。结果显示,经包覆后的高铁酸钾电极在电解液中的传核阻力降低明显,仅为未包覆时的10%... 详细信息

采用原位包覆法制备出石墨烯.高铁酸钾复合材料,并将其应用于高铁酸钾-锌电池体系。测试了该电池在1mA电流下的放电性能及开路电压下的电化学阻抗图谱。结果显示,经包覆后的高铁酸钾电极在电解液中的传核阻力降低明显,仅为未包覆时的10%,且其放电平台及容量均高于未包覆的高铁酸钾电极,表明经石墨烯包覆后的高铁酸钾电极更易于进行电荷传递反应,且增强了其在碱性水溶液中的稳定性,改善了其放电性能。

关键词：石墨烯包覆高铁酸钾放电性能

来源： cnki会议评论

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石墨烯包覆的铁纳米粒子合成及其费托催化性能研究