核工程中的石墨和炭素材料(第四讲)

4石墨的辐照损伤(一)4.1石墨辐照损伤概述4.1.1核反应堆材料的辐照负荷反应堆中核裂变产生的核辐射及其与物质的相互作用见图1[1]。从图上可以看出，核辐射和物质的相互作用很复杂，这些作用在材料中引起各种物理化学过程，使材料的性质发生变化，即辐照损伤。核反应堆材料，特别是堆芯材料在强辐照场中工作，除承受与其他动力工程材料相应的负荷外，还承受辐照负荷。在某种意义上来说，核材料的研究和发展，就是耐辐照损伤材料的研究发展，即在常规动力工程材料研究和发展的基础上，加上耐辐照损伤的因素。当然核纯也是核材料的另一个特殊…     

氧化石墨烯改性沥青基块体炭材料的显微结构及力学性能

针对沥青基块体炭材料内部微裂纹难以抑制的缺陷,以氧化石墨烯为改性材料,以单一高温煅烧后的石油焦粉为增强相,改质煤沥青为粘结剂,采用分步分散、热轧片、二次造粒等工艺,经一次性焙烧制得氧化石墨烯改性沥青基块体炭材料。对沥青基块体材料的力、电学性能及显微结构进行了测试表征。本研究表明,添加氧化石墨烯(1wt%)的沥青基块体材料的体积密度为1.48g/cm~3,其抗折强度较未添加氧化石墨烯的块体材料提高了25.0%,为14.6MPa,其硬度相应提高了28.2%,为64HSD;随着氧化石墨烯的继续加入,其抗折强度和硬度反而降低;其电阻率的变化趋势与强度、硬度变化趋势一致。块体材料断面的SEM研究表明,添加氧化石墨烯(0.5wt%)的微裂纹区域的面积较未添加氧化石墨烯的炭材料明显减少,其致密性得到提高。氧化石墨烯的改性对沥青基块体材料的致密化起到了钉扎和拉拽作用。     

基于SRIM程序两种模式计算石墨在离子辐照下的损伤程度

石墨材料的辐照损伤一直是核石墨研发的主要问题,目前对其辐照损伤程度的准确计算仍缺乏系统的研究。SRIM程序可模拟离子束辐照靶材料,常用来计算辐照损伤程度的定量指标dpa(displacements per atom)。本研究利用SRIM进行离子注入石墨的模拟,选取常用的K-P模式与Full Cascade模式,通过改变入射离子的质量和能量,探究了两种模式下dpa计算结果的规律及差异,并与Fe靶的计算结果作了对比。结果表明,SRIM程序两种模式之间的差异与入射离子的质量有关,随着入射离子质量的增加,两种模式之间的差异降低,与Fe靶中计算的变化趋势相反;无论是C靶还是Fe靶,两种模式之间的差异与入射离子的能量无关。     

石墨烯在催化领域的应用研究进展

石墨烯的碳原子结构使其具有优异的理化特性,是近年来材料科学领域中研究的热点。石墨烯表面几乎不含有其他元素和基团,不利于进一步应用。由于氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、元素掺杂石墨烯、功能化石墨烯、三维石墨烯等石墨烯材料表面含有丰富的基团,易于参与反应,利用这一性质制备出一系列石墨烯基复合材料,为石墨烯在催化领域中的应用提供了广阔的前景。     

新型导电用纳米石墨填料

石墨烯（Graphene,指单原子层石墨纸,是一种由石墨派生的纳米材料）具有卓越的导热性和导电性,加上诸如强度和屏蔽等其它性能,使它成为发展导电应用的一种令人兴奋的新材料。石墨烯为一个原子厚的碳板,2004年由英国曼彻斯特大学的研究人员首次从石墨中分离出来。世界各地有不少学术与工业科研人员在研究石墨烯,设法寻求应用其独特性能的方法,许多公司目前已在开始制造石墨烯材料。     

石墨烯材料在重金属废水吸附净化中的应用

石墨烯材料具有较大的比表面积、良好的化学稳定性,近年来在环境污染物深度吸附处理方面的应用逐渐引起了人们的关注。本文综述了石墨烯材料在重金属离子的吸附处理方面的研究进展,包括普通石墨烯、氧化石墨烯、功能化石墨烯以及石墨烯复合物等材料;讨论了石墨烯表面功能化修饰对重金属离子吸附性能的影响;分析了各种材料的优点与缺点;提出了需进一步研究的问题,如石墨烯表面功能化修饰的结构-性能关系、石墨烯材料的循环使用以及石墨烯材料对痕量重金属离子的富集灵敏度等问题,指出合成选择性好、富集灵敏度高且可多次循环使用的石墨烯材料,在重金属废水的深度处理中将得到进一步应用。     

石墨烯初探之一——石墨烯及其机械剥离法制备

石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成的蜂窝状晶格的平面结构,是一种二维材料。自2004年英国曼彻斯特大学首次由石墨制得以来,石墨烯一直是凝聚态物理学的一个重要研究方向。石墨烯具有许多奇特的物理性质,如特殊的量子霍尔效应,其中电子无有效质量等。在应用领域,石墨烯具有超强的硬度和好于目前所有材料的导电性,受到了人们的广泛关注。本文以机械剥离法制备石墨烯和石墨烯表征为主。主要是通过撕胶带法在SiO2/Si衬底上制备不同层数的石墨,利用光学显微镜和Raman光谱仪验证了石墨层数,并初步了解了不同层数石墨在Raman光谱中的特征。     

天然石墨的研究与应用现状及发展趋势

阐述了天然石墨在国内外的蕴藏量、分布情况以及天然石墨的基本结构和性质,对天然石墨在锂离子电池负极材料、石墨烯和膨胀石墨等方面的应用和现状进行分析;综合近期文献,预测了未来天然石墨研究的热点趋势以及产业化发展方向,即:科学而可持续利用天然石墨资源,开发高附加值产品是未来必然选择。实现高品质石墨烯的低成本量化生产,探究石墨作为锂离子电池负极材料的复合改性方式和合理选择制备膨胀石墨的插层剂和氧化剂将是今后研究重点。     

石墨烯的制备及其应用的研究

主要论述了目前在合成石墨烯、石墨烯的性质等方面取得的研究,例如通过化学的不同方法合成实现不同结构和性质的石墨烯;或者对合成的石墨烯样品进行掺杂或氧化,制备了石墨烷、氧化石墨烯等具有特殊性质和结构材料;该材料在材料、储氢、催化等方面展现出非常好的性质,有非常广的应用前景。     

石墨质改性混凝土高温性能的研究

通过热处理后混凝土力学性能及微观结构的变化,研究了石墨、氧化石墨烯复合玄武岩纤维对混凝土高温性能的影响。结果表明:石墨的添加会引起混凝土力学稳定性的降低,而氧化石墨烯则可以大幅度提升混凝土的高温力学稳定性,有效降低了热处理所带来的劣化影响;玄武岩纤维与石墨、氧化石墨烯的复合使用均未形成协同作用效果,反而降低了试样的力学性能。微观分析显示石墨分散在材料体系之中形成了界面缺陷,而氧化石墨烯可以在材料系统中形成紧密连续的交联结构,有效提高了混凝土的高温力学性能。     

石墨烯载钴材料的制备

本实验以150μm鳞片状石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨,经超声波振荡得到氧化石墨烯,加入水合肼回流制得石墨烯材料.氧化石墨烯与CoSO4溶液混合,采用功能离子预吸附的方式,将金属离子有效地分散在氧化石墨烯载体上,原位还原金属颗粒和石墨烯,制备石墨烯载钴材料.     

碳纳米管和石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用

碳纳米管和石墨烯因其优异的电化学性能在锂离子电池中具有广阔的应用前景。本文综述了碳纳米管和石墨烯两种材料在锂离子电池负极材料中的应用研究,尤其是碳纳米管和石墨烯与硅、金属氧化物复合成高容量的电极材料具有很高的实用价值。     

聚合物/碳基导热复合材料研究进展

碳家族主要包括石墨、碳纤维、碳纳米管、富勒烯、石墨烯以及无定形碳等。其中石墨、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯具有良好的导热性能,最近被广泛研究的石墨烯是1种很有前景的导热填料。综述近年来国内外以碳材料为填料的导热复合材料研究进展,阐述了碳材料及其纳米导热复合材料导热性的影响因素,最后对碳材料的发展方向进行了展望。     

石墨烯改性导电液体聚硫醚密封剂的制备及其性能研究

以镀镍石墨和石墨烯为导电填料,液体聚硫醚橡胶为基体,制备了导电室温硫化聚硫醚密封材料。研究了镀镍石墨和石墨烯用量对聚硫醚密封剂导电性能、力学性能、耐热性能的影响。结果表明,石墨烯/镀镍石墨复合导电填料体系具有良好的导电性能;在体积电阻率相同的条件下,与镀镍石墨相比,复合导电填料可实现密封剂密度降低约20%。此外,石墨烯具有优异的补强效果,添加石墨烯的密封剂之耐燃油和热空气老化后力学性能保持率显著高于无石墨烯密封剂材料,并且具有更好的耐盐雾和电磁屏蔽性能。     

银-石墨烯复合材料的原位制备及性能研究

以鳞片石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨.氧化石墨与硝酸银溶液混合超声处理,通过功能离子预吸附的方式,将银离子有效地分散在氧化石墨烯载体上.以水合肼为还原剂,同时还原氧化石墨和硝酸银溶液中的银离子,原位制备银-石墨烯复合材料.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制得的银-石墨烯复合材料进行表征,并对复合材料的电化学性能进行分析.结果显示,制得银-石墨烯复合材料的比电容明显高于单纯的石墨烯材料,电化学性质优异,是理想的电化学电容器电极材料.     

煤基石墨烯材料制备研究进展

石墨烯材料由于其超强的力学性能,极高的电导率,超大的比表面积及良好的化学稳定性,在光、电、磁等方面的应用具有极大的潜力。煤炭资源含有大量可石墨化的芳香烃类,是制备石墨烯的天然材料。综述了采用不同技术制备氧化石墨烯、石墨烯和石墨烯量子点研究进展,总结了煤基石墨烯材料常用制备方法(化学气相沉积法和化学氧化法)的优缺点,最后对煤基石墨烯材料制备未来发展进行了展望。     

石墨烯、氧化石墨烯改性羟基磷灰石制备及研究进展

羟基磷灰石是一种具有优秀的生物相容性以及骨传导性的材料,但因其较差的力学性能,该材料在临床上的应用受到了较大限制。石墨烯、氧化石墨烯作为新兴的材料,因为独特的层状结构而有着不错的力学性能,因此利用石墨烯、氧化石墨烯对羟基磷灰石进行改性从而提升羟基磷灰石的性能是近期研究的热点。这篇综述简要介绍了近年来关于以石墨烯及氧化石墨烯作为支撑材料对羟基磷灰石进行改性的合成方法及所得产物的性能变化,对其主要研究进展,包括制备、性能和特点进行了探究。     

石墨烯气凝胶复合材料制备及吸附性能的研究进展

石墨烯气凝胶(GA)拥有以石墨烯为主体的多孔互联三维海绵状网络结构。作为一种新兴的纳米多孔材料,因其具有高疏水性、高比表面积、高孔隙率以及良好的化学稳定性,在吸附领域具有巨大的应用前景。结合相关研究,重点介绍了石墨烯、纤维素/石墨烯、碳纳米管/石墨烯、氮掺杂/石墨烯、金属氧化物/石墨烯等几种体系的气凝胶材料的制备方法,并对其吸附性能的研究进展进行了阐述。     

四种混合不同碳材料的FOX-7粉末激光点火：点火延迟实验与简化计算（英文）

针对1,1-二胺-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)因点火相对困难而限制其广泛应用的问题，利用CO₂激光器在一定的功率密度范围对4种混合不同碳材料的FOX-7粉末开展了点火实验，研究点火延迟时间的变化趋势。采用两种简化模型对点火延迟时间进行计算与分析，以探究点火机理和指导FOX-7的点火性能提升。结果表明，几种碳材料的添加会导致FOX-7粉末点火延迟时间发生不同程度的缩短。石墨烯和氧化石墨烯在缩短点火延迟方面表现出相对较强的促进作用，石墨的效果较为轻微。计算结果显示，模型1比模型2更适合预测FOX-7粉末的点火延迟时间。机理分析表明，石墨烯的添加能够有效提升FOX-7粉末对辐照能量的吸收且减小能量损失。研究表明FOX-7粉末样品的主要点火诱导过程受到激光辐照下传热性质的强烈影响。     

氧化法制备氟化石墨烯及其性能研究

以氟化石墨为原料,通过改进的Hummers法制备出氟化石墨烯,通过XRD、FTIR、SEM、TEM、TG和UV-vis对氟化石墨烯和氟化石墨进行表征,结果表明:通过改进的Hummers法制备的氟化石墨烯为含氧氟化石墨烯,氟化石墨烯层数为5层;与氟化石墨相比,晶面间距由0.34 nm增加到0.62 nm,在制备氟化石墨烯过程中引入的含氧官能团以C—O为主;含氧官能团的存在导致氟化石墨烯热稳定性能下降;以该种方法制备出的氟化石墨烯禁带宽度为2.99 eV,是具有一定带隙的半导体材料。