氧化石墨烯纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制

通过氧化和超声波分散制备了氧化石墨烯（GO）纳米片层分散体系,研究了GO纳米片层对水泥基复合材料的增韧效果及作用机制。用EDS、FTIR、XRD、SEM和AFM对GO纳米片层的结构进行了表征。研究结果表明：所得GO含氧量为32.3wt%,GO纳米片层的厚度为6 nm左右,在GO片层表面含有羟基、羧基和磺酸基等活性基团。水泥基复合材料的SEM形貌及力学性能测定结果表明：当GO掺量为0.03wt%时,GO能够使水泥水化产物形成花朵状晶体,并使水泥基复合材料的拉伸强度、抗折强度和压缩强度比对照样品分别提高了65.5%、60.7%和38.9%。提出了GO纳米片层对水泥水化产物的模板调控机制,揭示了花状晶体的形成过程。     

氧化石墨烯调控水泥基材料形成大规模规整结构及其性能表征

将制备的GO与减水剂和拌合水超声处理后用于制备水泥基复合材料,研究结果表明,GO纳米片层在水泥基体中达到了均匀分散,水泥水化产物成为了规整形状的多面体状水化晶体,通过其交织交联形成了大规模规整致密的微观结构。当GO掺量为0.03%时,尺寸为30~190nm GO的水泥基复合材料28d时的抗压强度和抗折强度比对照样品分别提高了78.8%和112.7%,尺寸为110~410nm GO的水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度分别提高了72.3%和93.9%,水泥基复合材料的耐久性显著提高。同时提出了水泥基复合材料微观结构形成机理。     

超低掺量氧化石墨烯的分散行为及其对水泥基材料结构与性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)纳米片层在水相及分散剂作用下的存在状态及分散行为，发现GO在水泥基材料中存在掺量大、成本高及应用效果不稳定不显著的主要原因是：GO纳米片层容易团聚导致其在水泥基体中分散不均匀。为此制备了两性聚羧酸分散剂(APC)及与GO的复合物(APC-GO)，研究发现GO在APCGO复合物中不再以团簇式聚集态存在，而是主要吸附在APC多支链分子上并呈现多支链状的分散状态，通过掺入APC-GO复合物引入与水泥质量比为0.0003%的超低掺量GO，能够显著提高水泥基材料的力学性能和耐久性。SEM显示掺入APC-GO的水泥基材料具有规整致密的微观结构形貌，说明了GO在水泥基体中能够均匀分散，且对水泥水化产物的形貌和结构具有规整性调控效果，研究结果对GO在水泥基材料中的应用具有指导意义。     

纳米氧化石墨烯增强增韧水泥基复合材料的微观结构及作用机理

通过氧化反应和超声波分散作用制备了不同含氧量氧化石墨烯(GO)纳米分散液,研究了GO氧含量、用量和水化时间对水泥基复合材料微观结构和力学性能的影响。研究结果表明GO能够调控水泥水化产物的形状,促使水泥水化反应形成规整的花状晶体,使得水泥基复合材料的强度特别是拉伸强度和抗折强度显著提高。研究结果证实了GO在水泥复合材料水化过程中起到模板作用,能够调控水泥水化产物的微观结构及提高水泥基复合材料的韧性,同时提出了GO调控水泥基复合材料微观结构的作用机理。本文结果提供了一种可显著增强增韧水泥基复合材料的新方法,具有潜在的应用前景。     

PCs/GO复合物对水泥基材料微观结构和力学性能的影响

用氧化石墨烯(GO)纳米片层分散液与甲基丙烯酸聚氧乙烯单甲醚(MPE)、甲基丙烯酸(MAA)和丙烯磺酸盐(AA)进行插层聚合反应制备了聚羧酸减水剂(PCs)与GO的插层复合物(PCs/GO),将其应用于水泥基复合材料。结果表明,PCs/GO能够调控水泥基体成为由多面体状产物构成的规整的微观结构,具有显著的增强增韧效果,同时也发现PCs/GO能够在水泥基体的裂缝和孔洞处产生花状和多面体状晶体,具有修复裂缝、孔洞的功效。研究结果对于制备无裂缝及高强度、高韧性和高耐久性水泥基复合材料具有积极的意义。     

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。     

聚苯乙烯/氧化石墨纳米复合材料的制备与性能

利用十六烷基三甲基溴化铵对氧化石墨进行插层改性。以原住插层聚合的方式合成了聚苯乙烯／氧化石墨（PS／GO）纳米复合材料。用XRD和TEM进行的形态研究表明,氧化石墨被剥离成10nm-30nm厚的层片而分散在聚合物基体中。热重分析证明PS／GO复合材料比PS材料和普通石墨粉填充的PS材料表现出更好的热稳定性。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

氧化石墨烯/再生水泥基复合材料的制备

基于建筑垃圾再生细骨料替代天然砂,进行氧化石墨烯(GO)改性再生水泥基复合材料的综合物理性能和水化机制研究。采用超声分散GO及振动搅拌制备再生水泥基复合材料,综合耐久性能测试结果表明:和不掺GO再生水泥基复合材料相比,添加0.03% GO改性7 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压强度分别提高了16%和21%;添加0.02% GO改性的28 d龄期强度的GO/再生水泥基复合材料抗折和抗压分别提高了13.7%和13.6%。GO/再生水泥基复合材料龄期7 d耐候、50次冻融循环后力学性能均良好;氯离子含量皆小于0.06%。放射性检测结果表明:GO/再生水泥基复合材料内照射指数I_Ra和外照射指数I_r均属于A类建筑材料。通过XRD、TG-DTA、SEM等手段对GO/再生水泥基复合材料水化机制研究表明:GO促进了钙矾石(AFt)晶体的大量生成及胶凝孔中存在更多的自由水,且对后期氢氧化钙(CH)的产生有抑制作用,进而提高了GO/再生水泥基复合材料综合物理性能。      

亲水型功能化石墨烯的分散性及其对水泥基复合材料力学性能的影响

为了解决石墨烯纳米片在水泥基体中的分散问题,采用芳基重氮盐(F)对氧化石墨烯(GO)进行改性,制备了一种新型亲水型功能化石墨烯(FG)。结果表明,FG在水溶剂中最大的分散浓度能够达到2.1 mg/mL。FTIR、拉曼光谱和XPS结果表明F成功对石墨烯进行了表面改性。对比纯水泥基体材料,本文所制备的亲水型FG/水泥复合材料的28天抗折强度和抗压强度相对提高了95.3%和78.3%。F对GO进行改性,实现了石墨烯在水泥基材料中的均匀分散及对其力学性能的提升。      

氧化石墨烯与甲基丙烯酸和烯丙基磺酸钠共聚物的制备与性能

通过氧化和超声波作用制备了氧化石墨烯(GO)纳米相片层分散液,再与甲基丙烯酸(MAA)和烯丙基磺酸钠(SAS)进行自由基共聚反应制备了氧化石墨烯与甲基丙烯酸和烯丙基磺酸钠的共聚物P(GOMAA-SAS),各组分的质量比为m(MAA)∶m(SAS)∶m(GO)=13∶6∶1。FT-IR检测结果表明GO与单体之间发生了共聚反应,AFM检测结果表明共聚物中GO片层的厚度为4 nm、长宽在5~10 nm范围。应用结果表明用10%的P(GO-MAA-SAS)鞣制皮革的收缩温度为84℃,GO的鞣制作用与GO的纳米效应和与胶原纤维的键合作用及其二者之间的协同作用有关,研究结果 GO纳米片层可以鞣制皮革并且GO的分散状态是影响鞣制效果的主要因素。     

氧化石墨烯复合材料的研究现状及进展

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)以其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,使其在功能复合材料领域有着广泛的应用和发展前景。本文综述了近年来GO复合材料在增强增韧、吸附分离、光催化及生物医药等方面的研究现状及进展,介绍了GO调控高分子材料及水泥基体形成规整有序的微观结构形貌而产生显著的增强增韧效果的机理,分析了GO复合材料在吸附、催化、生物医药等方面作用原理,指出了GO增强增韧复合材料、GO吸附复合材料和GO光催化复合材料的应用前景和发展趋势。     

纳米碳黑水泥基复合材料力学性能及微观结构分析

对纳米碳黑(33nm)、碳纤维不同掺入量的水泥基复合材料进行了对比研究.研究发现掺入一定量的纳米碳黑可以使水泥基复合材料的抗压和抗折强度明显提高,并且提高幅度大于相同掺量的碳纤维水泥基复合材料.纳米碳黑水泥基复合材料的扫描电镜(SEM)结果表明:纳米碳黑较为均匀地分散在水泥基材料中,与水泥水化物结合紧密,并且纳米碳黑的尺寸小,比表面积大,对水泥基材料的孔隙具有填充作用,改善了材料的微观孔结构,减少了微观缺陷,使水泥基复合材料结构更加致密.     

纳米氧化锌负载氧化石墨烯/环氧树脂复合材料性能研究

氧化石墨烯(GO)和纳米氧化锌(ZnO)具有优异的性能,但在环氧树脂中容易出现团聚现象,为解决这一问题,必须对其进行表面改性。以七水合硫酸锌为原料,将ZnO负载到GO表面,通过FT-IR,XRD,SEM,EDS,TG和接触角测试,纳米ZnO均匀分散在GO基体上,并可以在不改变GO片层结构的条件下,改善GO的团聚问题的同时降低GO的亲水性。然后将ZnO负载GO与环氧树脂制备纳米ZnO负载GO/环氧复合材料。结果表明:纳米ZnO负载GO/环氧复合材料力学性能和热稳定性明显提高,当ZnO/GO加入量为0.250%(质量分数)时复合材料综合性能最佳,拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和冲击强度分别比纯环氧树脂提高了99.87%,12.09%,98.35%和151.48%,吸水率比纯环氧树脂降低了81.48%。     

石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展

石墨烯(G)/氧化石墨烯(GO)以其优异的力学、导电以及导热性能在改善水泥基材料力学以及功能性等方面表现出良好的应用前景。然而,这些纳米材料在水泥基材料中难以分散,限制了它们在水泥基复合材料中的实际应用。近些年来,研究者们开始将纤维同这些纳米材料复掺到水泥基材料中,其分散性能得到了很大的提升。从材料在水泥基中分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面系统地阐述了石墨烯及氧化石墨烯和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响,对今后水泥基复合材料性能的提升具有指导作用。     

氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的纳米压痕实验及力学性能

为了研究氧化石墨烯(GO)对聚合物基复合材料力学性能的影响,通过溶液混合法制备了GO/聚乙烯醇(PVA)复合材料。然后,采用XRD、TEM、FTIR、DSC和纳米压痕实验等研究了GO/PVA复合材料的结构、界面结合性能、力学性能、蠕变行为和吸水膨胀率。结果表明:GO可以均匀分散在PVA基体中,二者之间主要通过氢键作用结合,具有较高的界面结合力;与纯PVA相比,1wt% GO/PVA复合材料的硬度和有效弹性模量分别提高了28.9%和23.3%,压入蠕变深度下降了19.8%;GO/PVA复合材料具有较低的无限剪切模量与瞬时剪切模量比,表明GO提高了PVA的蠕变抗力;GO的添加同时增加了GO/PVA复合材料的阻水性并降低了膨胀系数。吸湿纳米压痕实验结果表明:纯PVA的力学性能会随吸湿时间延长而下降,而GO/PVA复合材料吸湿72h后的力学性能基本保持不变。所得结论为石墨烯增强聚合物基复合材料的研究提供了理论指导。      

原位聚合氧化石墨烯/聚氨酯复合材料及其性能研究

将氧化石墨烯(GO)通过超声破碎的方法分散在丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)中,采用逐步原位聚合的方法将GO参与聚氨酯(PU)的合成反应。将GO片层状态接枝到PU链段当中,制得PU/GO复合材料,并对复合材料的结构进行了表征。实验结果表明:GO与PU进行交联反应并且在基体内分散均匀,在GO添加量为7份条件下,制得的PU/GO复合材料的断裂伸长率达到49.0%,拉伸强度达到28.0MPa,储能模量达到5.08MPa(在130℃条件下),交联密度达到5.05×10~(-4) mol/cm~3,300℃时失重率达到60%,48h吸水率仅为0.3%,具有较好的力学性能、热稳定性能和耐水性能。     

氧化石墨烯对水泥水化晶体形貌的调控作用及对力学性能的影响

用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)并用超声波将其分散制备了纳米片层分散液,用XRD和AFM表征了分散的效果。研究了不同含氧量GO对水泥水化晶体微观形貌及胶砂耐折强度和抗压强度的影响,结果表明含氧量为18.65%和25.53%的GO可使水泥水化产物成为花朵状微晶体,而且形状统一、分布均匀,具有显著的增韧增强效果。研究结果也说明了GO能够调控水泥水化晶体产物的形状和尺寸,GO对于水泥水化反应产物具有促进作用和模板效应。研究结果对于提高混凝土建筑的抗裂缝和耐久性具有积极的意义。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的力学性能及微观结构

本文采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）悬浮液,通过FTIR、XRD和AFM等测试技术对GO晶体结构和尺寸形态进行了表征,考察了GO掺量和水灰比的变化对GO增强水泥基复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：GO增强水泥基复合材料抗折抗压强度随GO掺量增加而先提高后降低,且对于抗折强度增强效果远超过抗压强度,当GO掺量为0.03%时,抗折强度达到最大值13.72 MPa;高水灰比条件下掺入GO对水泥胶砂强度的提高更显著;通过SEM对GO增强水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,细化晶体尺寸,形成更加致密均匀的网络结构,从而改善水泥基复合材料的宏观性能。     

碳纤维-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及表征

采用改进的Hummers法制备了五种具有不同氧化程度的氧化石墨烯（GO）。借助元素分析、X射线光电子能谱及FTIR红外光谱测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征。利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺（IPDA）中的分散状态进行观察,并将分散效果最佳的GO试样用于改性碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料。结果表明,随着氧化剂用量及反应时间的增加,GO的氧化程度也随之增加。在氧化程度较低时,GO表面官能团主要以羰基、羧基和酚羟基为主。随着氧化程度的不断提高,GO表面官能团主要为醚、环氧和醇羟基结构。GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关,氧化程度最低和最高的GO均出现明显的聚集现象。另外,GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性。在EP基体中加入分散效果最佳的GO（0.2wt%）后,与CF/EP复合材料相比,CF-GO/EP复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和14%。