氧化石墨烯膜的制备、改性及应用研究进展

石墨烯的衍生物——氧化石墨烯(GO)因可实现逐层堆叠,在片层之间形成一定间距的纳米通道,通过粒子的尺寸大小不同,进行尺寸筛分,故可应用于物质的选择性分离,在膜材料领域引起了研究者们的广泛关注.基于氧化石墨烯独特的二维结构,为探索氧化石墨烯在膜分离领域的应用,对氧化石墨烯分离膜的制备技术及改性进行简要地概述.在氧化石墨烯分离膜的制备方法中,关于制备技术的研究报道多种多样.梳理了几种常见的制备方法,如旋涂法、真空抽滤法、浸涂法、喷涂法、层层自组装等,同时结合前人在相应制备方法上的研究成果,进行了对比分析.氧化石墨烯类材料主要通过掺杂或表面功能基因团嫁接进行改性,表面改性可提高GO膜对某些离子的选择性、水通量或者是增强膜的机械稳定性和抗污染性.氧化石墨烯在分离膜油水分离、污水净化、海水淡化、气体分离、重金属离子分离等领域均表现出优异的分离特性.最后,展望了氧化石墨烯分离膜在上述三个层面未来的发展和面临的挑战.     

超疏水性薄膜在QCM传感器中的应用

采用微波等离子CVD方法在QCM传感器电极的表面沉积了一层超疏水性纳米膜(聚TMMOS有机硅氧烷),研究了其检测有机物的选择性和灵敏度.结果表明:改性的QCM电极表面选择性吸附有机物,而抑制了水分子的吸附;制得的超疏水性纳米膜的比表面积较大,使得有机物吸附量较大,提高了检测有机分子的灵敏度.该传感器能够应用于高湿度环境下有害有机物的检测.     

石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

目的研究石墨烯纳米片对D16T铝合金耐磨耐蚀性的影响,为铝合金表面微弧氧化处理技术在油气领域的应用提供理论依据。方法利用微弧氧化技术在含与不含石墨烯的电解液中在D16T铝合金表面制备微弧氧化膜层,采用XRD、SEM、EDS分析了膜层相结构和表面形貌,测试了膜层的粗糙度和显微硬度,通过摩擦磨损和电化学实验研究了石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜耐磨性和耐蚀性的影响。结果微弧氧化膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,石墨烯的添加使Al2O3相的衍射峰值和衍射峰的数量增加,Al衍射峰明显降低;膜层表面平整,表面熔融颗粒较少,表面有大块团聚物堆积。膜层由外部疏松层和内部致密层组成,疏松层微孔数量和微裂纹较少,膜层厚度稍有增加,致密层厚度由不含石墨烯时的0.6μm增至1.6μm。含石墨烯的膜层容抗弧半径明显增加,Bode图中低频阻抗值由5×10^5Ω·cm^2提升至106Ω·cm^2,疏松层电阻由1.57×10^5Ω·cm^2增至1.98×10^5Ω·cm^2,致密层电阻由3.07×10^5Ω·cm^2提升至1.24×106Ω·cm^2;膜层自腐蚀电位由-0.53 V提高至-0.41 V,自腐蚀电流密度由3.15×10^-7 A/cm^2降低至3.97×10^-8 A/cm^2;膜层质量磨损量明显降低,摩擦系数减小,耐磨性增加。结论石墨烯纳米片通过放电通道进入膜层填充膜层中的孔和裂纹,部分石墨烯形成团状覆于膜层表面,使膜层更加平整、致密,膜厚增加,膜层耐磨性和耐蚀性得到明显提升。     

粒子掺入微弧氧化抗菌膜层研究进展

生物医用材料具有优异的力学性能、稳定性及生物相容性等特点,被广泛应用于牙科、骨科、医疗器械等领域。但生物医用材料在使用中易出现各种感染问题,危害人体健康。微弧氧化能够在钛基、镁基等生物医用材料表面构建抗菌膜层,是有效解决感染问题的表面改性技术之一。本文概述了粒子掺入微弧氧化膜层的国内外研究现状及机理,重点综述了近年来Ag、Ag2O、Cu、CuO、ZnO及其它金属氧化物粒子掺入微弧氧化膜层构建抗菌表面的最新研究动态,阐述了粒子掺入对微弧氧化膜层耐蚀性、耐磨性的影响,并对粒子掺入微弧氧化抗菌膜层的应用和发展进行了展望。     

石墨烯掺杂对镁锂合金微弧氧化膜Cl?腐蚀敏感性的研究

为了研究添加石墨烯后镁锂合金微弧氧化膜在不同NaCl浓度下的腐蚀行为,通过向硅酸盐体系电解液中添加石墨烯,在镁锂合金表面制备出改性的MAO(Micro-arc oxidation)膜层,采用电化学极化曲线和阻抗谱方法研究改性膜层对NaCl溶液的腐蚀敏感性。结果表明:石墨烯的添加可有效改善由于微弧放电形成的孔洞及微裂纹等缺陷,提高膜层致密性和耐蚀性;改性的MAO膜层耐腐蚀性能随着NaCl溶液浓度的升高而降低,主要因为在较高的浓度梯度作用下,侵蚀性离子向膜层中扩散速率加快,进而加速了对MAO膜层的腐蚀破坏。     

钢表面离子束改性类金铡石膜层性能

离子束沉积类金刚石膜是钢表面改性的一项新技术,类金刚石改性膜层显微硬度和表面电阻率在特定轰击能量下出现了峰值;双离子呸轰击混合界面可以提高膜层显微硬度并使峰值向低能量方向偏移,而且大大增强膜基结合强度。在大气环境中,改性膜层对钢的摩擦系数达到０．０８０～０．１８０,在摩擦过程中起减摩作用。另一方面。类金刚石膜层显著提高钢的耐磨性,试验表明,４０Ｃｒ钢表面镀膜后其磨损量是镀膜前的１／２７４。类金刚石     

石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

目的 探究石墨烯/高密度聚乙烯高分子材料在水润滑条件下的摩擦学性能,提高高密度聚乙烯的自润滑和耐磨损性能.方法 采用石墨烯纳米片填充高密度聚乙烯材料,利用RTEC摩擦磨损试验机,开展新型复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究.通过分析新型复合材料的典型机械性能、摩擦系数、磨损形貌以及摩擦副接触表面的元素成分及分布情况,揭示石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦磨损机理.结果 新型复合材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度均随着石墨烯纳米片含量的增加而先增高后降低,1.5％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯表现出最高的强度,分别为19.81 MPa、31.34 MPa和92.6HSA.新型复合材料的平均摩擦系数和体积行程磨损率总体随着石墨烯含量的增加而减小,1.5％石墨烯纳米片改性的高密度聚乙烯平均摩擦系数和体积行程磨损率比纯高密度聚乙烯分别降低了53.6％和73.9％.Si3N4陶瓷球与1.5％、0.6％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯进行3600 s对磨试验,其磨损区域的碳元素质量分数分别约为3.5％和0.3％,表明含量较高的石墨烯纳米片有利于在微观界面形成石墨烯润滑层,从而降低摩擦系数.结论 石墨烯纳米片显著影响高密度聚乙烯的自润滑性能和耐磨损性能,适量的石墨烯纳米片促进了高密度聚乙烯磨损界面石墨烯润滑层的形成,降低摩擦系数和磨损量.该研究可为设计低摩擦、耐磨损的水润滑轴承复合材料提供参考.     

钢表面离子束改性类金刚石膜层性能

离子束沉积类金刚石膜是钢表面改性的一项新技术。类金刚石改性膜层显微硬度和表面电阻率在特定轰击能量下出现峰值 ;双离子束轰击混合界面可以提高膜层显微硬度 ,并使峰值向低能量方向偏移 ,而且大大增强膜基结合强度。在大气环境中 ,改性膜层对钢的摩擦系数达到 0 0 80～ 0 1 80 ,在摩擦过程中起减摩作用。另一方面 ,类金刚石膜层显著提高钢的耐磨性 ,试验表明 ,40Cr钢表面镀膜后其磨损量是镀膜前的 1 /2 74。类金刚石膜由于使 2Cr1 3不锈钢在 3 5%NaCl溶液中的自然电位Ecorr和点蚀击穿电位Eb 增大 ,因而明显增强钢的抗点蚀能力。     

石墨烯/银纳米复合膜对非晶态Mg-Ni-La贮氢合金的表面改性及机理

采用熔体快淬法制备Mg_(65)Ni_(27)La_8非晶电极合金带,采用氧化还原法成功制备石墨烯/纳米银复合膜(G/A),通过高能球磨将G/A膜成功引入电极合金进行表面包覆改性。通守X射线衍射仪、场发射扫描电镜、激光拉曼光谱仪和高分辨电镜表征显示:还原后的石墨烯呈卷曲的大片层结构,尺寸在2~5μm之间,银纳米颗粒均匀地分散在石墨烯片层上,尺寸在10~20nm之间。用恒流充放电的方法在三电极电池测试仪上测定其电化学循环性能,实验结果表明改性后合金表面的氧含量由21%降低为包覆后的10%,G/A膜有效阻止合金表面的腐蚀和粉化开裂,包覆改性后电极合金的极限电流密度提高了2.54倍,电极的接触阻抗降低87.2%,电极合金的最高放电容量由610.8mA·h/g上升为814.8mA·h/g,经过20个循环后的放电容量保持率由79.86%提升为85.76%,显著提高其电化学性能。     

超浸润油水分离膜及其研究进展

受到自然界中动植物表面超疏水/超亲水特性的启发,仿生超浸润膜材料作为一种新兴的油水分离材料引起了科研人员的广泛关注。首先通过对影响膜材料表面润湿性的基础模型进行分析,包括Young方程、Wenzel模型和Cassie模型,总结了制备超浸润膜材料需要调控的2个关键因素——表面张力和纳微多级结构。其次,对比分析了不同类型超浸润膜的油水分离过程,概述了超浸润油水分离膜的技术优势,包括油水选择性好、分离效率高、操作简单、能耗低等。揭示了常见超浸润膜对稳定油水乳液的分离机理,即基于膜孔径小于乳液尺寸的筛分效应;通过膜材料对油水截然相反的浸润性实现界面破乳和选择性分离。在此基础上,重点综述了近年来常见超浸润油水分离膜的研究进展,其中包括超疏水/超亲油膜、超亲水/水下超疏油膜、Janus膜、智能响应膜,并对不同类型的超浸润膜材料在分离过程中存在的技术优势和问题进行了分析。最后,提出了该领域研究存在的问题和面临的挑战,并对未来超浸润膜材料的发展方向和应用前景进行了展望。     

磁场诱导低维磁性碳材料对聚砜膜结构及流通特性的影响

目的 在膜的形成过程中，利用磁场力将亲水性磁性碳纳米材料吸引至膜表面，可以在膜表面附加亲水性和磁性，提高膜的渗透通量和截留率，改善膜污染问题。方法 将氧化石墨烯/碳纳米管混合溶液与Fe³⁺和Fe²⁺的混合溶液通入微反应器中预混合后，利用一步水热法引入四氧化三铁(Fe₃O₄)，制备具有优异磁性能的磁性碳纳米材料(MCN)，并将其共混于聚砜(PSF)基底中，采用磁场诱导非溶剂致相分离法(NIPS)制备磁性混合基质膜(PSF/MCN)。对MCN的形貌结构及磁性等进行表征，并通过改变PSF的浓度研究磁场作用下MCN的定向迁移对膜表面形貌结构及性能的影响。结果 亲水性磁性MCN的饱和磁化强度高达53.17 emu/g(1 emu/g=1 A·m²/kg)，表现出超顺磁性，且MCN在磁场作用下向膜表面定向移动。在相同的磁场强度下，不同聚砜浓度的膜表面表现出不同的形貌特征，并在聚砜的质量分数从15%升至17.5%的过程中，膜表面粗糙度的构成由细微密集的波动形貌转变为宽泛的浮动形貌。此外，MC...     

Selective recovery of Cu(II) through polymer inclusion membranes mediated with 2-aminomethylpyridine derivatives

The Cu(II) separation behaviors with polymer inclusion membranes (PIMs) are explored by modifying 2-aminomethylpyridine derivatives with hydrophobic alkyl chains, including 2-[N-(tert-butyloxycarbonylmethyl)- 2-picolyamino]acetate (AMB), N,N-dioctyl-2-aminomethylpyridine (AMD), tert-butyl 2-(N-octyl-2-picolyamino) acetate (AMC), and N,N-didecyl-2-aminomethylpyridine (AME). The transport flux and selectivity of Cu(II) are determined by optimizing composition and structure of carriers and plasticizers. The results show that the hydrophobic modification of 2-aminomethylpyridine derivatives can boost the selective transport of copper ions in PIMs and membrane stability. In the optimum composition of 30 wt.% PVC, 30 wt.% AME, and 40 wt.% NPOE, the initial flux of Cu(II) is 5.8×10⁻⁶ mol·m⁻²·s⁻¹. The FT-IR and XPS spectra identify that the alkyl amine functional groups of AME involve in the transport of copper chloride species. The SAXS analysis demonstrates that the generated micro-channels in PIMs induced by the hydrophobic modification of 2-aminomethylpyridine derivatives can contribute to the enhanced Cu(II) flux.     

Modified PVA-CA blend ultrafiltration membrane by alkali metal chloride

1　INTRODUCTIONUltrafiltration(UF )isamembraneseparationprocesswhichhasfoundwideapplicationsinsuchfieldsaspetroleum ,textile ,bioseparation ,pharma cy ,food ,wastewatertreatment,preparationofdrinkingwater[13] .Manyresearchershavedevotedthemselvestoimprovingthe permeationfluxoftheUFmembraneunderthesamerejection ,andprevent ingtheformationofafoulinglayeronthesurfaceofUFmembrane .Manynovelmembranematerialsandvariousmodificationtechnologieshavebeendevel oped ,somemodificationmethods ,suchas…     

石墨烯界膜剂在汽车防腐领域的推广应用

目的选用一种新型环保的金属防腐前处理新材料来代替目前所用的磷化液、钝化液等非环保界膜剂及稳定性差、耐腐蚀性不良的硅烷膜和陶瓷膜产品。方法鉴于石墨烯界膜剂是利用环境友好型的植酸(环己六醇磷酸酯)基化合物易于在金属表面自组装成膜的特点,经改性处理后,再辅以适当的催化剂、钝化剂等助剂以及改性石墨烯纳米添加剂,开发出的新一代绿色环保、价格低廉、操作简便、性能优异的革命性材料,以重卡金属零部件为基底进行石墨烯界膜剂成膜处理,考察了膜层的形貌、硬度、厚度及耐蚀性,并与前期处理的陶瓷膜、磷化膜比对。结果该产品成膜均匀、结合力好,使外涂层在金属耐蚀性、抗老化、抗冲击性等技术指标方面均达到或优于磷化膜、硅烷膜和陶瓷膜产品,且不会形成沉淀和废渣。结论该石墨烯界膜剂性能优异并且绿色环保,值得推广应用。     

质子交换膜燃料电池双极板防护涂层研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为第4代发电技术,具有结构紧凑、体积小、能量密度高、效率高、启动快、低温运行以及零排放的绝对优势,被认为是现阶段理想的清洁能源之一,是未来新能源汽车理想的供能部件,受到各国学者的广泛关注。双极板作为PEMFC重要的组成部件之一,不仅能够将单电池串联、并联或是混合联结形成电池堆,起到支撑作用,还能够隔绝阴极、阳极的反应气体,排出电池堆反应产生的热量和水,对PEMFC电池堆的性能至关重要。合适的双极板材料要具有优异的导电性和耐腐蚀性,已成为PEMFC研究领域的一个热点。简述了PEMFC的工作原理以及近年来石墨双极板、金属双极板以及复合双极板的研究情况,指出了PEMFC在工作条件下对金属双极板的性能要求及改性难题。着重对不锈钢双极板的表面涂层改性进行了研究,列举了碳基涂层、金属及其化合物涂层、导电高分子聚合物涂层、疏水涂层等一系列涂层的研究进展和性能,分析对比了它们在PEMFC双极板表面改性中的优缺点。分析结果表明,过渡金属碳、氮化物以及碳/陶瓷复合涂层具有良好的导电性和耐蚀性且成本较低,是当前以及未来的研究热点,同时如何增强涂层与基体的结合力,也是今后双极...     

石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合防腐蚀涂层研究

目的研究石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合防腐蚀涂层对碳钢板的防腐性能。方法采用高分子辅助电化学法合成具有优异水分散性的功能化石墨烯,并将其加入到偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂涂层中,用于碳钢板的表面防腐。通过透射电镜、拉曼光谱和纳米粒度仪对石墨烯的结构和水分散性进行了表征。利用Tafel曲线、电化学阻抗谱和硫酸铜点滴试验,研究了石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层的耐蚀性能。结果透射电镜和拉曼光谱分析表明成功制备了石墨烯,且石墨烯的Zeta电位值约为-50 m V,赋予了石墨烯优异的水分散性。Tafel曲线测试显示,相对于偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层,加入石墨烯后,复合涂层的腐蚀电流密度明显下降,当石墨烯含量为0.10%(占有机硅氧烷改性树脂的质量百分比)时,腐蚀电流密度下降至0.554×10-6 A/cm2。电化学阻抗谱测试中,石墨烯含量为0.10%的复合涂层的阻抗值最大,表现出良好的抗腐蚀性能。结论所制备石墨烯的加入能够提高石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层对腐蚀因素(水和氧气)的阻隔作用,使复合涂层具有优异的耐蚀性能。     

碳材料的掺杂改性及其用于燃料电池催化剂的研究

开发掺杂改性的碳材料用作燃料电池的非贵金属氧还原催化剂已成为燃料电池领域的重要研究课题,相关研究对于降低燃料电池成本、促进燃料电池的商业化具有十分重要的意义。大量研究工作表明,对碳材料进行掺杂改性可以实现其形貌、微观结构、组成及其他表面物理化学性质的优化,从而得到具有较高催化活性、选择性和稳定性的氧还原催化剂。人们在这类催化剂的制备方法、性能优化和催化机理等方面进行了大量研究工作。综述了对碳纳米管、石墨烯、介孔碳、大孔碳、碳微球等碳材料进行掺杂改性的最新进展。并基于目前的研究结果,展望了掺杂碳材料作为燃料电池非贵金属氧还原催化剂的应用前景和未来的发展趋势。     

石墨烯基电磁功能材料

二维纳米材料拥有优异的电学、热学和力学性能,在高技术领域展现出巨大的应用潜力。其中,石墨烯具有大的比表面积和高的载流子浓度,是当代科技关注的对象。系统地展示了石墨烯基电磁功能材料的电磁响应机制以及吸波与屏蔽性能。在研究的电磁波频段(2~18 GHz),电磁损耗一般包括电导损耗、多重弛豫、磁共振及磁涡流。详细地介绍了这四种电磁损耗行为的物理形成机制和响应特性,总结了不同石墨烯基电磁功能材料的电磁损耗来源,并提出了设计高性能电磁功能材料的策略。随后,展示了高性能电磁功能材料的应用标准,给出了微波吸收与电磁屏蔽的响应规律,提出了两种改善电磁响应性能的方法。在电磁功能材料性能方面,介绍了石墨烯基电磁功能材料在微波吸收和电磁屏蔽领域最新研究进展。所涉内容涵盖石墨烯单相材料、异质材料及高温介电特性和电磁响应。另外,还系统地分析了石墨烯基电磁功能材料当前发展所面临的关键问题,并展望了未来的研究与发展方向。     

功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展

在现代工业中,使用润滑材料降低摩擦磨损已成为提高机械元件耐久性和提高机械效率的重要手段.其中,润滑添加剂已被广泛证明能够进一步改善润滑介质的润滑性能,因此研究润滑添加剂的摩擦学表现是必要的.纳米材料作为润滑添加剂,能有效提高基础润滑介质的减摩、抗磨和极压性能,改善机械系统摩擦学性能,对节能减排和环保具有重要意义.石墨烯由于其独特的二维层状结构和优异的热力学、力学等性能,可作为润滑材料,已在摩擦学领域受到了广泛关注.近年来,大量石墨烯及其纳米复合材料作为润滑添加剂被研究和制备.在大量文献的基础上,详细综述了石墨烯及其衍生物、共价键及非共价键有机功能化石墨烯、石墨烯基纳米复合材料以及石墨烯复合其他二维层状纳米材料作为润滑添加剂的研究成果,分析了影响石墨烯分散稳定性与摩擦磨损性能的因素,着重讨论了不同功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料作为润滑添加剂的减摩抗磨机理.最后,探讨了当前石墨烯及其纳米复合材料作为高性能润滑添加剂仍需要注意的问题和不足,并展望了其未来的研究趋势.