MXene纤维的制备、性能及应用研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXenes)是一种新颖的二维纳米材料,具有优异的电学、力学性能及丰富的表面官能团,在功能材料领域受到了广泛关注,常被作为基元材料构筑宏观复合材料,其中MXene纤维有望成为继石墨烯纤维后另一种结构-功能一体化纤维材料,在多功能织物、传感、能源、电磁屏蔽等领域显示出巨大的应用前景。但目前MXene复合纤维的力学和电学性能与MXene纳米材料本征性能差距较大,主要原因是组装MXene纳米片过程中产生的褶皱、无序结构、界面作用力弱等问题,往往导致MXene纤维内部的孔隙、缺陷存在及纤维外形不规则等。针对MXene纤维研究过程中存在的问题及未来研究方向,本文做了详细综述,首先介绍MXene纤维的制备方法,然后详细阐述MXene复合纤维的力学和电学性能,并讨论提升其性能的策略。同时通过一些实例,综述了MXene复合纤维的应用。最后总结了MXene纤维存在的关键科学问题和挑战,并对MXene纤维的未来发展和前景进行了展望及对未来MXene纤维的研究和应用提供一些帮助。     

多维度纳米增强水泥基复合材料的研究进展

纳米材料领域的飞速发展为水泥基复合材料的增强改性提供了宝贵的机会。工程纳米材料存在3种主要形状,即0维纳米颗粒、1维纳米纤维和2维纳米片层。有大量文献已经报道了0维纳米颗粒和1维纳米纤维(如纳米二氧化硅和碳纳米管)在水泥基中的应用,而2维纳米片层状的氧化石墨烯(GO)的发现为水泥基复合材料提供了又一种维度的增强方式,目前已经受到了越来越广泛的关注。综述了近期各种维度纳米改性水泥基复合材料的研究进展,并总结了纳米材料与水泥基复合材料复合后的工作性、水化反应、力学性能及微观结构。     

石墨烯增强钛基复合材料研究进展

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体。国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs。简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向。     

纳米改性连续纤维增强热塑性树脂复合材料及其力学性能研究进展

连续纤维增强热塑性树脂复合材料（CFRTP）具有易加工、可回收、力学性能优异等特点,在航空航天、汽车等领域的应用前景良好。随着纳米技术的发展,研究者发现利用纳米材料改性CFRTP可显著提升其性能。本文对纳米材料改性CFRTP领域的最新研究进展进行了综述,首先对CFRTP改性中常用的纳米材料（如碳纳米管、石墨烯以及无机纳米颗粒）和主要的改性方法（包括树脂基体中直接添加纳米填料和利用纳米材料对增强相纤维表面进行修饰）进行了介绍,在此基础上总结并讨论了纳米改性对CFRTP力学性能（包括界面结合性能、拉伸性能、动态力学性能以及冲击性能）的影响,最后对纳米材料改性CFRTP的发展方向进行了展望。      

石墨烯纳米复合材料在电子转移及光电转换中的应用研究

石墨烯及其衍生物作为二维碳纳米材料可以有效地结合金属、半导体纳米粒子,同时,石墨烯及其衍生物与有机功能分子之间也可以通过共价或以π-π、静电等非共价形式发生相互作用。简述了石墨烯纳米复合材料的基本结构、制备策略、电子储存与转移以及能量传递特性,讨论了石墨烯纳米复合材料在光、电催化、电化学太阳能电池等领域中的研究应用进展。     

二维和零维纳米材料协同增强的高性能纳米复合材料

将二维蒙脱土和零维纳米TiO_2共同复合到环氧树脂中,成功地制备出一种高性能有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料。力学性能测试和热分析显示,该复合材料在拉伸模量、拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、缺口冲击强度、玻璃化转变温度、热分解温度上都明显优于纯环氧树脂,也优于有机蒙脱土/环氧树脂复合材料和纳米TiO_2/环氧树脂复合材料。XRD检测和透射电子显微镜观察显示,在有机蒙脱土/纳米TiO_2/环氧树脂复合材料中,蒙脱土被完全剥离为纳米单片,和纳米TiO_2交错分布于环氧树脂中。选择适宜的两种维度的纳米材料复合于聚合物中,是制备新型高性能复合材料的成功思路。     

纳米MoS2的制备及其在润滑油添加剂中的研究现状

纳米二硫化钼(MoS₂)是典型的类石墨烯二维材料,具有出色的电学、光学、热学和力学性能,是当前研究的热点之一。本综述详细介绍了二维碳纳米材料-二硫化钼的纳米摩擦学性能,以及作为润滑油添加剂的研究进展,总结了二硫化钼的各种纳米摩擦机理,阐述了通过机械剥离法、锂离子插层法、水热法等制备纳米二硫化钼的方法;总结了纳米MoS₂在润滑领域的应用,阐述了利用表面修饰以及制备复合材料的方法可提高二硫化钼在润滑油中的分散稳定性;并指出了纳米MoS₂作为高性能润滑材料仍需解决的问题及未来的研究趋势。     

二维过渡金属碳氮化合物的生物医学应用

二维过渡金属碳化物、氮化物及碳氮化合物(MXenes)是一类新兴的二维纳米材料.由于其独特的光、电、磁、热等物理化学性能,MXenes二维材料被广泛应用到能源储备、环境监测、化学催化等领域.由于其大的比表面积、优异的近红外吸收和组分可调换等性质,近年来在生物医学方面也得到了快速的发展.简要介绍了MXenes二维纳米材料...     

多孔石墨烯制备及其纳米复合材料的研究进展

多孔石墨烯是一种在石墨烯二维纳米基面上具有纳米孔隙或三维网络结构的多孔碳材料,不仅保留了石墨烯的本征性质,更赋予材料较大的可接触面积和丰富的孔隙结构,这些孔隙的存在有利于物质运输和筛分,使得石墨烯及其复合材料在纳米粒子负载、物质运输、吸附、分离等方面展示出广阔的应用前景。综述了多孔石墨烯的制备方法,包括活化法、冷冻干燥法、模板法和沉积法,以及多孔石墨烯在超级电容器、锂-氧电池、吸附、分离领域的应用现状,并展望了未来的发展方向。     

MXene基水凝胶复合材料的研究进展

MXenes是一类新型二维纳米片,随着MXenes材料的迅速发展,近年来,兴起了一种新型材料,即MXene基水凝胶复合材料,其在生物医学、能源、电磁干扰屏蔽、传感器等方面均具有广泛的应用前景。但目前MXene基水凝胶复合材料的制备和应用仍处于起步阶段。本文主要回顾MXene基水凝胶复合材料的最新进展,详细梳理MXene基水凝胶复合材料的制备方法,并重点介绍其潜在应用前景。最后,针对MXene基水凝胶复合材料领域中所面临的机遇和挑战进行展望。      

橡胶纳米复合材料计算机模拟研究进展与挑战

总结了作者课题组采用分子动力学模拟研究橡胶纳米复合材料目前取得的主要进展,包括不同几何形状的纳米颗粒在橡胶基体中的分散机理、颗粒与橡胶分子链间的界面结合(聚合物玻璃化层是否存在)、颗粒对应力应变增强机理、碳纳米弹簧的引入对橡胶粘弹性的调控以及橡胶纳米复合材料非线性行为(Payne效应)产生的机理。模拟结果表明,存在一个最佳界面相互作用与接枝密度以实现纳米颗粒均匀分散;对于片状颗粒,在类似氢键界面相互作用时,存在聚合物玻璃化层。静态力学增强来自于两个方面:一是颗粒诱导分子链取向与排列,二是分子链吸附临近颗粒形成桥链在大变形下的有限链伸长。同时发现,碳纳米弹簧的加入会明显降低复合材料的滞后损失,并且得出纳米颗粒直接接触聚集与由分子链同时吸附多个颗粒成网对Payne效应非线性行为均有贡献。这些基础问题的澄清,将为制备动静态力学性能兼顾的橡胶纳米复合材料提供重要科学依据与理论指导,进而实现我国轮胎制品的高性能化与绿色化。最后针对橡胶纳米复合材料多层次多尺度结构与性能关系,简要评述了计算机模拟研究存在的挑战。     

二维纳米材料/环氧树脂复合涂层在腐蚀防护中的应用

二维纳米材料具有片层结构、致密的六方晶格、大的比表面积和优异的热化学稳定性等特点,是作为防腐涂层填料的最佳选择。本论文综述了二维纳米材料在腐蚀防护复合涂层领域的应用。首先介绍了二维纳米材料在环氧树脂防腐涂料的屏障保护作用、抑制保护作用和牺牲保护作用,然后阐述了常见二维纳米材料在环氧树脂防腐涂料中的应用途径和方式。此外,本论文还总结了二维纳米材料在防腐涂料应用中存在的分散、取向以及与金属基体的附着力等问题及其解决办法。最后,对二维纳米材料在环氧树脂防腐涂料中的应用进行了总结和展望。     

石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究进展

石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料。由于其独特的结构和新奇的物化性能,在改善复合材料的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力,已成为纳米复合材料研究的热点。本文综述了纳米石墨烯/聚合物复合材料以及纳米石墨烯/无机物复合材料的制备及应用,并对石墨烯纳米复合材料的发展前景进行了展望。     

一种多功能有机蒙脱土-纳米TiO2/环氧树脂复合材料

将有机蒙脱土（O-MMT）和纳米TiO₂共同复合到环氧树脂中,成功地制备出了一种高性能多功能O-MMT-纳米TiO₂/环氧树脂复合材料。由XRD检测结果和TEM观察结果证实,由于利用了O-MMT、纳米TiO₂与环氧树脂间的相互作用,蒙脱土（MMT）层被高度剥离,所得的二维MMT纳米单片与零维纳米TiO₂颗粒交错分布于树脂基体中。力学性能测试、热分析和耐沾污性试验表明,O-MMT-纳米TiO₂/环氧树脂复合材料的多项性能都比纯环氧树脂有大幅提高。     

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展EI北大核心CSCD

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

石墨烯/聚合物复合材料导热性能研究进展

石墨烯是一种新型的二维纳米材料,可以提供声子的二维传播路径,具有非常优异的导热性能,是导热型聚合物复合材料的理想填料。文中总结了石墨烯/聚合物复合材料导热性能的影响因素(石墨烯取向、石墨烯尺寸、温度、聚合物链长度、石墨烯片层厚度、石墨烯分散性和与聚合物的界面强度),重点介绍了3种增强石墨烯/聚合物复合材料导热性能的方式(共价键连接、非共价键连接、多种填料协同共混)。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展

概述了碳纳米管及环氧树脂的性质,分别介绍了物理共混法和化学改性法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料;主要涉及多壁碳纳米管/环氧树脂和单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学和力学性能以及碳纳米管与环氧树脂之间的界面相互作用,并讨论了碳纳米管在环氧树脂中的分散效果、取向作用等对此类复合材料性能的影响;最后探讨了该研究领域存在的问题及今后可能的发展方向.     

石墨烯增强铜基复合材料的界面调控及其性能研究进展

铜基复合材料有望全面提升铜及铜合金的力学性能和导电、导热等功能特性。石墨烯具有优异的力学和物理性能,是铜基复合材料的理想增强相。石墨烯/铜界面的性质决定了复合材料性能,进行界面调控以提高石墨烯/铜的界面结合性已成为研究人员关注的热点问题。总结了近几年开发的石墨烯缺陷设计法、碳-碳杂化增强相法、金属和陶瓷纳米颗粒修饰石墨烯法以及原位生长石墨烯和石墨烯复合增强相法等多种界面调控策略,讨论了多种界面调控策略对石墨烯增强铜基复合材料的力学、导电、导热性能的作用机理,展望了应用界面调控策略研发的高性能复合材料的应用前景和未来研发的发展方向。     

氧化石墨烯复合材料在包装领域应用的研究进展

目的整理分析目前国内外氧化石墨烯复合材料在包装材料领域的应用与进展,对未来的发展进行展望。方法归纳整理国内外文献,简单介绍氧化石墨烯的基本性能及制备,氧化石墨烯复合材料的制备,并重点整理分析氧化石墨烯复合材料在包装材料领域的应用与进展。结果氧化石墨烯具有独特的二维纳米片层结构、超大的比表面积和亲水极性界面,通过添加氧化石墨烯可明显改善复合材料的力学性能、阻隔性能、抗菌性能等。结论氧化石墨烯复合材料具有阻隔性高、力学性能好等优点,广泛应用于包装材料领域,并且在抗菌、防腐、阻燃等包装材料领域具有良好的发展前景。     

二硫化钼基纳米材料在电化学传感/析氢领域的研究进展

作为一种新兴的二维层状过渡金属二硫化物纳米材料,二硫化钼(MoS2)纳米片具有典型的类石墨烯结构,同时,MoS2拥有极佳的电学、光学和热力学性能以及大的比表面积。这些优异性能使得MoS2在电化学传感和电化学析氢领域具有极大的潜在应用价值。近年来,对MoS2在上述两个电化学领域的研究已经受到了广泛关注,并取得了许多重大进展。在本文中,主要综述了近年来MoS 2在疾病诊断、食品、药物以及环境领域的电化学分析研究进展及通过耦合其他纳米材料在电化学析氢领域的研究进展。