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碳管/石墨烯泡沫复合材料的恢复性能及微观机理

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碳管/石墨烯泡沫复合材料的恢复性能及微观机理

北京力学会第30届学术年会

作者：马光泽王帅梁立红北京化工大学机电工程学院

碳管和石墨烯之间的协同作用赋予了碳管/石墨烯泡沫复合材料优异的拉压性能。为了研究碳管/石墨烯泡沫复合材料的恢复性能及相应的微观结构演变机理,本文采用粗粒化分子动力学方法,模拟了碳管/石墨烯泡沫复合材料在拉伸和压缩载荷下的... 详细信息

碳管和石墨烯之间的协同作用赋予了碳管/石墨烯泡沫复合材料优异的拉压性能。为了研究碳管/石墨烯泡沫复合材料的恢复性能及相应的微观结构演变机理,本文采用粗粒化分子动力学方法,模拟了碳管/石墨烯泡沫复合材料在拉伸和压缩载荷下的加载及卸载过程。研究发现:压缩载荷作用下,碳管抑制了石墨烯片间的不可逆滑动、阻碍了石墨烯片的面面堆垛及聚集,使得复合泡沫材料在卸载时更易恢复。拉伸载荷作用下,碳管限制了石墨烯片转动和分离,提升了材料卸载时的恢复性能。

关键词：碳管石墨烯泡沫拉压载荷恢复性能微观机理

来源： cnki会议评论

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石墨烯泡沫的制备及柔性储能应用研究

化工新型材料 2014年第2期42卷 155-158页

作者：徐岗领陈成猛孔庆强杨永岗王茂章中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室太原030001 中国科学院大学北京100049

通过Hummers法制备氧化石墨(Graphite oxide,GO),以三聚氰胺甲醛微球(MF)为模板经高温退火得到石墨烯泡沫。采用SEM、FT-IR、XPS、XRD、BET和元素分析等手段对石墨烯泡沫的形貌、组成以及结构进行了表征,将石墨烯泡沫用于超级电容器测... 详细信息

通过Hummers法制备氧化石墨(Graphite oxide,GO),以三聚氰胺甲醛微球(MF)为模板经高温退火得到石墨烯泡沫。采用SEM、FT-IR、XPS、XRD、BET和元素分析等手段对石墨烯泡沫的形貌、组成以及结构进行了表征,将石墨烯泡沫用于超级电容器测量其电化学性能。SEM结果表明高温煅烧后,R-MF/GO仍可保持良好层状结构,并出现中空球状形貌;FT-IR、XPS及元素分析结果表明800℃退火下,GO中大部分含氧官能团被脱除,C/O原子比达到18.14,且掺杂氮的原子分数为11.5%左右。经过研究不同温度、浓度对石墨烯孔结构和组成的影响,发现MF与GO质量比为15∶3,退火温度为800℃时得到的泡沫比表面积最大,为128.67m2/g。同时,R-MF/GO用于超级电容器时性能最好,电容值可达121F/g。

关键词：石墨烯泡沫超级电容器退火

磁性石墨烯泡沫的制备及对Cu2+的吸附性能

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精细化工 2018年第1期35卷 10-16页

作者：张琰张万俊董梦果赵翠真杨清香陈志军郑州轻工业学院材料与化学工程学院河南郑州450001 河南金谷实业发展有限公司河南郑州450000

以氧化石墨烯（GO）为前驱体,采用溶剂热法制备了磁性石墨烯泡沫（MGF）复合物（Fe3O4/GF）。用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）及场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）及振动样品磁强计（VSM）对其进行了表征。... 详细信息

以氧化石墨烯（GO）为前驱体,采用溶剂热法制备了磁性石墨烯泡沫（MGF）复合物（Fe3O4/GF）。用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）及场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）及振动样品磁强计（VSM）对其进行了表征。测定了不同Cu^2＋初始质量浓度、反应时间和温度下复合物对水溶液中Cu^2＋的吸附性能。结果表明：Fe3O4成功复合到了石墨烯上且为三维泡沫结构;复合物对Cu^2＋吸附量可达49.20 mg/g;吸附过程符合准二级动力学模型。磁性复合物可以借助外部磁场实现快速磁分离。

关键词：石墨烯泡沫磁性复合物吸附功能材料

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石墨烯泡沫热物性与界面热导温度相关性研究

热科学与技术 2019年第4期18卷 259-265页

作者：杨波李茂东高建树吴昊廖冬梅岳亚楠广州特种承压设备检测研究院国家石墨烯产品质量监督检验中心(广东)广东广州510663 武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072

石墨烯泡沫是将石墨烯立体化形成的复合材料,在锂离子电池等领域有较好的应用前景,而其导热性质成为限制工业应用的重要因素。基于瞬态电热技术,研究了石墨烯泡沫的导热性质及其随温度的变化。结果表明,不同于Umklapp声子散射机理,石墨... 详细信息

石墨烯泡沫是将石墨烯立体化形成的复合材料,在锂离子电池等领域有较好的应用前景,而其导热性质成为限制工业应用的重要因素。基于瞬态电热技术,研究了石墨烯泡沫的导热性质及其随温度的变化。结果表明,不同于Umklapp声子散射机理,石墨烯泡沫的热导率随温度呈正相关性:由室温至373 K时,热导率由0.71升高至1.10 W/(m·K)。分析发现,泡沫内部的大量界面是其低导热性质的主要因素。利用分子动力学模拟验证了石墨烯与基体材料间的界面传热随温度成正相关,与宏观材料测量结果相符。

关键词：石墨烯泡沫热扩散率热导率界面热导分子动力学

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石墨烯泡沫电磁屏蔽材料研究进展

现代化工 2023年第5期43卷 50-55页

作者：陈茜茹王学军周云辉杨旭吴祖杰刘广山中国平煤神马集团炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室河南平顶山467000 平煤股份煤炭开采利用研究院河南平顶山467000

简要介绍了石墨烯泡沫材料的电磁屏蔽作用机理,系统总结了石墨烯泡沫电磁屏蔽材料的制备方法,包括自组装、金属模板法、有机模板法、溶胶-凝胶法。在梳理二元复合体系和三元复合体系石墨烯泡沫电磁屏蔽复合材料的基础上,对其进一步研究... 详细信息

简要介绍了石墨烯泡沫材料的电磁屏蔽作用机理,系统总结了石墨烯泡沫电磁屏蔽材料的制备方法,包括自组装、金属模板法、有机模板法、溶胶-凝胶法。在梳理二元复合体系和三元复合体系石墨烯泡沫电磁屏蔽复合材料的基础上,对其进一步研究方向进行了探讨。

关键词：石墨烯石墨烯泡沫电磁屏蔽制备复合材料

石墨烯泡沫与金属有机框架衍生物复合材料的制备及其吸波性能研究

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石墨烯泡沫与金属有机框架衍生物复合材料的制备及其吸波性能研究

作者：王俊楠西北大学

学位级别：硕士

石墨烯由于阻抗匹配特性较差且易于片层堆叠,很难直接用作电磁波吸收材料,为了发挥石墨烯优异的性能,对其改性优化一直是吸波领域的研究热点。金属有机框架(MOF)衍生物既存在碳包覆磁性金属纳米颗粒的结构单元又具有中空多孔结构,是优... 详细信息

石墨烯由于阻抗匹配特性较差且易于片层堆叠,很难直接用作电磁波吸收材料,为了发挥石墨烯优异的性能,对其改性优化一直是吸波领域的研究热点。金属有机框架(MOF)衍生物既存在碳包覆磁性金属纳米颗粒的结构单元又具有中空多孔结构,是优异的磁性吸波材料。本文首先制备了MOF衍生物,然后通过水热法构筑了三维结构的石墨烯泡沫(GF),将其分别与两种MOF衍生物复合后,较系统地研究了复合材料的吸波性能,所做工作一方面克服了石墨烯易于重堆叠的缺陷,另一方面改善了石墨烯的阻抗匹配特性。具体工作如下:(1)采用水热法制备了GF。表征结果表明构筑的GF是一种大孔洞的空间立体框架材料,具有较大的比表面积和孔积。测试结果表明,当匹配厚度为4.86 mm时,GF在频率为3.7 GHz的最小反射损耗(RL)为-12.87 d B,大约是传统石墨烯反射损耗的两倍。(2)采用水热法制备了Co@N/C-GF复合材料。其中,Co@N/C正十二面体是Co基金属有机框架ZIF-67的衍生物。Co@N/C的引入使得复合材料形成了分级多孔结构,同时有效增强了复合材料的磁性。结果表明,当匹配厚度为1.83 mm时,Co@N/C-GF复合材料在频率为16.34 GHz的RL为-61 d B,最大有效吸收带宽为5.8GHz;当匹配厚度为1.84 mm时,RL小于-20 d B的吸收带宽为2.0 GHz,意味着99%的电磁波被吸收。同时其填充比仅为10%。(3)采用水热法制备了具有分级多孔结构的Ni@C-GF复合材料。Ni@C属于Ni基金属有机框架Ni-BTC的衍生物。Ni@C的引入使得复合材料形成了分级多孔结构,同时有效增强了复合材料的磁性。当匹配厚度为1.76 mm时,Ni@C-GF复合材料在频率为15.89 GHz的RL为-63 d B,最大有效吸收带宽为5.4 GHz,RL小于-20 d B的吸收带宽为2.2 GHz。同时其填充比仅为15%。所制备的两种复合材料的阻抗匹配都远远优于石墨烯泡沫,最终得到了反射损耗能力强,匹配厚度薄,吸收带宽宽而且质量轻,填充比低的理想电磁波吸收材料,碳外壳对磁性金属核心的保护使得复合材料能够适用于多数恶劣环境。

关键词：电磁波吸收石墨烯泡沫 MOF 多孔结构

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基于PDMS-石墨烯泡沫的柔性压力传感器

微纳电子技术 2021年第5期58卷 397-402页

作者：程丽霞郝晓剑王任鑫刘国昌中北大学动态测试省部共建实验室大原030051 太原工业学院机械工程系太原030008

为了解决柔性压力传感器在大的工作范围内工作时难以兼顾灵敏度的问题,设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)锥形微结构且夹层为石墨烯泡沫的柔性压力传感器。介绍了该传感器的制备方法,对比了有无锥形微结构的PDMS基底对传感器灵敏度的... 详细信息

为了解决柔性压力传感器在大的工作范围内工作时难以兼顾灵敏度的问题,设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)锥形微结构且夹层为石墨烯泡沫的柔性压力传感器。介绍了该传感器的制备方法,对比了有无锥形微结构的PDMS基底对传感器灵敏度的影响,分别对它们进行了相关测试。结果表明,具有锥形微结构基底的传感器具有更高的灵敏度,基于锥形微结构PDMS-石墨烯泡沫压力传感器有较大的工作范围(0~25 kPa),灵敏度为0.177 kPa^(-1),几百次的压力实验表明该传感器的重复性和可恢复性良好。因此,该传感器可以应用于电子皮肤和柔性电子器件等领域。

关键词：压力传感器柔性材料石墨烯泡沫聚二甲基硅氧烷(PDMS) 电子皮肤柔性电子器件

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高强轻质石墨烯泡沫的制备及其应用

中国胶粘剂 2014年第10期23卷 50-54页

作者：刘坦坦孙友谊池慧娟张文辉刘亚青山西省高分子复合材料工程技术研究中心山西太原030051 中北大学材料科学与工程学院山西太原030051

介绍了高强轻质石墨烯泡沫的多种制备方法[水热法、冷冻干燥法、自组装法、碳化硅(SiC)外延生长法和化学气相沉积(CVD)法等],综述了其在超级电容器(SC)、锂离子电池、太阳能电池和燃料电池、储氢/甲烷和环境处理中的应用进展。最后对高... 详细信息

介绍了高强轻质石墨烯泡沫的多种制备方法[水热法、冷冻干燥法、自组装法、碳化硅(SiC)外延生长法和化学气相沉积(CVD)法等],综述了其在超级电容器(SC)、锂离子电池、太阳能电池和燃料电池、储氢/甲烷和环境处理中的应用进展。最后对高强轻质石墨烯泡沫的发展前景进行了展望。

关键词：石墨烯泡沫高强度轻质量制备方法

基于3D石墨烯泡沫的柔性应变传感器应力松弛特性及其补偿方法研究

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基于3D石墨烯泡沫的柔性应变传感器应力松弛特性及其补偿方法研究

作者：陈悦西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着高分子导电材料、新型传感器技术在智能检测领域和仿生机器人领域的飞速发展,高度可拉伸材料制备的柔性大应变传感器逐渐成为研究热点。相比于传统应变传感器,柔性应变传感器具有更大的应变范围和更好的柔韧性,发展潜力巨大。在本... 详细信息

随着高分子导电材料、新型传感器技术在智能检测领域和仿生机器人领域的飞速发展,高度可拉伸材料制备的柔性大应变传感器逐渐成为研究热点。相比于传统应变传感器,柔性应变传感器具有更大的应变范围和更好的柔韧性,发展潜力巨大。在本课题组先前的研究中,提出使用一种基于三维石墨烯泡沫的柔性应变传感器以解决长期应变监测任务。然而,石墨烯泡沫敏感元件和柔性封装基底存在明显的应力松弛特性。当被监测对象维持固定形变时,基于石墨烯泡沫的柔性应变传感器输出电阻会因应力松弛特性而持续减小。这一“电阻松弛”现象导致柔性应变传感器不能直接用于长期监测领域。针对三维石墨烯泡沫柔性应变传感器的应力松弛问题,本文提出一种柔性应变传感器的应力松弛补偿模型,用以解决石墨烯泡沫柔性应变传感器在长期监测任务上的电阻松弛现象。该补偿模型的核心是基于支持向量机（SVM）的预测算法,通过柔性应变传感器的输出缓存和检测结果能够区分监测对象的实时应变状态,同时依据粘弹性材料的应力松弛特性机理做出正确的输出补偿。通过建立补偿算法模型,基于石墨烯泡沫的柔性应变传感器能够克服应力松弛特性的影响,胜任长期应变监测任务。本文的研究内容主要包括:（1）制备基于三维石墨烯泡沫的柔性应变传感器以及分析和测试柔性应变传感器的静态性能和松弛性能;（2）研究柔性应变传感器粘弹性理论特性,建立应力松弛模型并拟合曲线,对比分析本文制备的传感器的应力松弛特性,阐述做出后期补偿的可能性;（3）设计补偿算法,能够满足在长期监测任务中的使用需求,并评估模型补偿效果;（4）针对本文制备的柔性应变传感器的大电阻变化范围,设计适合的电阻测量电路并能够与上位机完成交互。研究结果表明,本文设计的基于石墨烯泡沫的柔性应变传感器尺寸为25 mm×8mm×5 mm,能够检测0%-20%范围内的应变,灵敏度系数GF可达16,每出现1%应变电阻变化5.08 K（?）。在阐述应力松弛现象的机理后,设计基于SVM预测算法的补偿方法,能够应对长期监测任务下的应力松弛。在模拟实验中对比了补偿前后的结果,相比于仅使用最小二乘法标定,补偿后的误差缩小了3.51倍,尤其拉伸过程补偿误差仅占总误差的11.7%。最后,根据三维石墨烯泡沫/PDMS传感器阻值,设计并实现了电阻测量电路,能够测量56197（?）-153228（?）的电阻,分辨率为3（?）。本文针对具有应力松弛现象的柔性应变传感器无法胜任长期监测任务的问题,提出了初步的解决方案。本文提出的应力松弛补偿模型的思路能够解决同类型的补偿问题,粘弹性是柔性复合材料的共性,凡是具有应力松弛现象的传感器均可以使用本文的补偿思路进行尝试,对未来扩充柔性应变传感器的应用领域提供方法支持。

关键词：石墨烯泡沫柔性应变传感器应力松弛支持向量机补偿算法