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石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

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中国科学：技术科学 2023年第4期53卷 499-508页

作者：王保民李义云陈天弟汪秉吉刘雨富马立民杨生荣高欣王金清兰州理工大学机电工程学院兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室兰州730000

针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题,基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel,GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法.通过... 详细信息

针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题,基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel,GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法.通过模拟分析发现,相对于“三明治”结构,“气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性.在此基础上,设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器,通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性.同时,设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统,并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.

关键词：石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器气泡膜结构数值模拟传感应用

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石墨烯气凝胶阻燃涤纶织物的构建及性能

高分子材料科学与工程 2022年第6期38卷 79-86页

作者：刘江涛唐浩龙杨元峰李远清王凌霄秦瑞红薛宝霞牛梅太原理工大学轻纺工程学院山西太原030024 山西浙大新材料与化工研究院山西太原030032 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室山西太原030024

为提高涤纶(PET)织物的阻燃性能,以水热还原自组装的方法制备石墨烯气凝胶(GA)阻燃PET织物。采用扫描电镜对GA的微观形貌进行分析,并对构建工艺参数进行探讨以优化其结构。通过极限氧指数(LOI)、锥形量热仪等方法分析GA的结构对PET织物... 详细信息

为提高涤纶(PET)织物的阻燃性能,以水热还原自组装的方法制备石墨烯气凝胶(GA)阻燃PET织物。采用扫描电镜对GA的微观形貌进行分析,并对构建工艺参数进行探讨以优化其结构。通过极限氧指数(LOI)、锥形量热仪等方法分析GA的结构对PET织物阻燃性能的影响。研究结果表明,GA/PET织物的最佳制备工艺条件为氧化石墨烯(GO)浓度为5 mg/mL、GO与抗坏血酸的质量比为1:6、还原温度为100℃;当GA含量为26.3%时,GA/PET织物的LOI值高达32.1%,达到难燃材料的级别,且具有良好的抑烟效果,可作为一种新型碳材料应用于阻燃织物领域。

关键词：石墨烯气凝胶涤纶织物阻燃还原自组装抑烟

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石墨烯气凝胶的制备与污水处理中的应用

化工新型材料 2023年

作者：朱俊杰丁颖姜涛刘海涛倪哲伟上海工程技术大学纺织服装学院南通强生石墨烯科技有限公司上海标千新材料科技分公司

通过对石墨烯（GN）与石墨烯气凝胶(GA)的制备介绍，对目前GA在污水处理中的相关应用研究进行了叙述。综述了GA的吸附能力，以及在去离子电容技术（CDI）和GA作为催化剂载体的应用，并对GA在污水处理中的作用前景进行了展望。

关键词：石墨烯石墨烯气凝胶印染废水去离子电容催化剂载体污水处理

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石墨烯气凝胶复合相变材料的热物性研究

物理学报 2021年第4期70卷 123-131页

作者：李静李绍伟蔡迪廖燕宁重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044 重庆大学能源与动力工程学院重庆400044

相变材料利用其相变潜热能力可吸收储存和释放利用热量,同时在相变过程中其温度浮动小,能够实现温度控制从而用于热管理.但是其低热导率和易泄露问题严重制约了其性能.石墨烯气凝胶因其丰富的多孔结构而具有较大的比表面积,可吸附相变... 详细信息

相变材料利用其相变潜热能力可吸收储存和释放利用热量,同时在相变过程中其温度浮动小,能够实现温度控制从而用于热管理.但是其低热导率和易泄露问题严重制约了其性能.石墨烯气凝胶因其丰富的多孔结构而具有较大的比表面积,可吸附相变材料解决其泄露问题,同时石墨烯的高导热系数可提高相变材料的热导率.这里选取正十八烷为相变材料,制备了不同质量分数的石墨烯气凝胶复合相变材料.测得石墨烯气凝胶含量为13.99 wt%的样品,其导热系数比纯正十八烷高出306.2%,熔化潜热和凝固潜热分别下降了13.8%和10.8%.分子动力学模拟结果表明,石墨烯气凝胶的引入会在一定程度上增强正十八烷分子的有序性和一致性,即在同一温度下复合相变材料中的正十八烷分子比纯正十八烷分子拥有更集中分布的末端距和扭转角,径向分布函数和自扩散系数都相对较低,说明石墨烯材料的引入可以提升正十八烷的导热系数.

关键词：石墨烯气凝胶正十八烷热物性分子动力学模拟

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石墨烯气凝胶的制备及在污水处理中的应用

化工新型材料 2023年第5期51卷 244-248页

作者：朱俊杰丁颖姜涛刘海涛倪哲伟上海工程技术大学纺织服装学院上海201620 南通强生石墨烯科技有限公司上海标千新材料科技分公司上海200336

通过对石墨烯(GN)与石墨烯气凝胶(GA)的制备介绍,对目前GA在污水处理中的相关应用研究进行了叙述。综述了GA的吸附能力,以及在去离子电容技术(CDI)和GA作为催化剂载体的应用,并对GA在污水处理中的作用前景进行了展望。

关键词：石墨烯石墨烯气凝胶印染废水去离子电容催化剂载体污水处理

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石墨烯气凝胶的压缩力学性能研究

兵工学报 2023年

作者：曹路晴乔扬谢晶陈鹏万北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室爆炸防护与应急处置技术教育部工程研究中心

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用，采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样，进行单轴面内压缩力学实验；结合3D-DIC技术和扫描电子显微镜，分析变形模式与破坏机理。研究结果表明：冷冻干燥法制备的石墨... 详细信息

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用，采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样，进行单轴面内压缩力学实验；结合3D-DIC技术和扫描电子显微镜，分析变形模式与破坏机理。研究结果表明：冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶试样具有三维多孔网络结构、低密度(98.5%)等特征，并具有受冷冻温度影响的特征微观结构；石墨烯气凝胶的压缩应力-应变曲线展现出多孔材料典型的三阶段特征，并且力学性能受冷冻温度的影响，-80 ℃所得石墨烯气凝胶的杨氏模量相较于-19 ℃提高160%，单位体积吸能提高67%；石墨烯气凝胶多次循环加载-卸载中随着内部致密区域的扩展，以塑性能为主的吸收总能趋于稳定不变，其状态变化可通过指数衰减模型描述；石墨烯气凝胶的横纵向片层不同的压缩变形形态发展为大规模的类弹簧型紧密折叠模式，使得石墨烯气凝胶表现出回弹性。所得研究成果为石墨烯气凝胶在防护领域的应用提供了理论与实践基础。

关键词：石墨烯气凝胶压缩力学性能冷冻干燥法吸能特性变形模式

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石墨烯气凝胶的废水吸附性能研究进展

材料导报 2020年第7期34卷 20-25页

作者：曹新鑫李福昌河南理工大学材料科学与工程学院焦作454000

石墨烯气凝胶(Graphene aerogel,GA)因具有极大的比表面积、易修饰的表面和独特的多孔结构,成为一种处理废水的理想吸附剂,可以满足对油类、染料和重金属离子的吸附。近年来,针对GA吸附的改性研究报道逐渐增多,研究的热点主要是提高其... 详细信息

石墨烯气凝胶(Graphene aerogel,GA)因具有极大的比表面积、易修饰的表面和独特的多孔结构,成为一种处理废水的理想吸附剂,可以满足对油类、染料和重金属离子的吸附。近年来,针对GA吸附的改性研究报道逐渐增多,研究的热点主要是提高其吸附容量、扩大可处理的废液范围。在加入各种聚合物、金属离子、无机物等修饰石墨烯本身的吸附位点时,研究者需要在吸附位点的减少和修饰带来的吸附容量的增加这两个因素之间进行权衡。设置合适的添加物参数比既能保证吸附容量达到最大值,也能获得稳定性和重复利用性高的吸附材料,这是当前GA研究的关键问题。相比吸附剂石墨烯,改性GA具有的优势主要有:(1)研究者可充分利用单片层石墨烯具有的较大的比表面积和大量的官能团改变表面结构、增大吸附容量;(2)本身具有的较大的孔隙率可显著改善吸附效果。为提高GA对油的吸附容量,可添加乙二胺(EDA)、聚乙烯醇(PVA)、碳纳米管来增大GA的比表面积,提高GA的稳定性;添加有机物硬脂酸(SA)还可增强GA的亲油性;掺杂氮可提供更大的比表面积和有效的吸附面积。为提高GA对染料的吸附效率,可添加聚多巴胺(PDA)提高GA多孔结构的稳定性,还可通过调节添加物的质量比来提高孔隙度和结构稳定性、改善吸附容量;加入聚乙烯亚胺可以借助静电吸引力和π-π交互作用以提高GA的吸附容量;掺杂改性氮、硫可提供活性吸附位点和增强结构稳定性;引入醋酸纤维素改善薄片过度堆积的情况,还可进一步改性GA以满足吸附要求。为提高对重金属离子的吸附效果,可通过添加二硫化钼纳米颗粒、氮源四乙烯五胺和聚吡咯、真菌菌丝来调节GA表面电荷和增大其吸附作用;也可引入蒙脱土、PDA来调节孔隙大小、改善结构;还可通过添加聚乙烯醇,利用静电相互作用提高GA的吸附容量。本文综述了改性GA在废水吸附方面的研究进展,介绍其对含油废水、染料污水和重金属离子废水的吸附容量和主要吸附机理,分析改性GA面临的问题并展望其应用前景,以期对合成吸附容量大、稳定性好、可重复利用性强的改性GA提供参考。

关键词：石墨烯气凝胶吸附油染料重金属离子

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石墨烯气凝胶复合防火织物的热防护性能

纺织学报 2020年第4期41卷 117-122,128页

作者：高珊卢业虎张德锁吴雷王来力苏州大学纺织与服装工程学院江苏苏州215006 浙江理工大学浙江省服装工程技术研究中心浙江杭州310018 南通纺织丝绸产业技术研究院江苏南通226300

为进一步提高热防护服的综合性能,使其满足高防护性兼具低热蓄积的需求,利用改进的Hummers法制备了一种密度小、导热率低、隔热效果好的石墨烯气凝胶材料,并研发复合防火织物系统,在低辐射热环境下探讨不同厚度的石墨烯气凝胶的隔热效... 详细信息

为进一步提高热防护服的综合性能,使其满足高防护性兼具低热蓄积的需求,利用改进的Hummers法制备了一种密度小、导热率低、隔热效果好的石墨烯气凝胶材料,并研发复合防火织物系统,在低辐射热环境下探讨不同厚度的石墨烯气凝胶的隔热效果。结果表明:加入石墨烯气凝胶的复合防火织物具有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长约203%,将人体产生二度烧伤的防护时间延长约218%,防火织物的防护性能与石墨烯气凝胶的厚度呈非线性关系;石墨烯气凝胶复合防火织物的平均透湿率保持在10.4 g/(m^2·24 h),与复合防火织物的透湿性没有显著差异,石墨烯气凝胶的加入不影响防火织物整体的透湿性。

关键词：石墨烯气凝胶防火织物热防护性能空气层改进的Hummers法

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石墨烯气凝胶对二元染料体系吸附性能研究

化学工程 2021年第7期49卷 20-25页

作者：张建民潘广超李红玑许艳红李波强朦朦西安工程大学城市规划与市政工程学院陕西西安710048

采用水热还原法制备了高强度和高吸附性能的石墨烯气凝胶,并对其一元和二元染料体系中吸附性能进行了探究。通过扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱及接触角手段对样品的结构与形貌进行表征。结果表明:石墨烯气凝胶承载能力为2 ... 详细信息

采用水热还原法制备了高强度和高吸附性能的石墨烯气凝胶,并对其一元和二元染料体系中吸附性能进行了探究。通过扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱及接触角手段对样品的结构与形貌进行表征。结果表明:石墨烯气凝胶承载能力为2 g/mg,具有105°疏水角的疏水性。在溶液初始质量浓度为200 mg/L,pH值为6,温度为25℃,石墨烯气凝胶添加量为0.02 g时,孔雀石绿(MG)、甲基橙(MO)一元染料体系中,对MG和MO的最大去除率分别为99.74%和33.33%;而在二元染料体系中,孔雀石绿对石墨烯气凝胶吸附甲基橙具有促进作用,其去除率提高至56.62%。该过程均符合准二级动力学方程并且遵循Langmuir吸附等温线模型,表明高强度石墨烯气凝胶在印染废水处理中具有一定的潜在应用价值。

关键词：强度吸附性石墨烯气凝胶二元染料体系