氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展

氧化石墨烯纳米带杂化粒子是将氧化石墨烯纳米带(GONRs)与其他纳米粒子经π-π键、氢键等结合方式复合在一起,通过这种特殊的结合形态一方面可以有效地防止GONRs的聚积,另一方面新的纳米粒子的引入能够赋予该杂化材料某些特殊的性能,从而有利于充分发挥GONRs杂化材料在聚合物改性等领域的综合性能。本文综述了氧化石墨烯纳米带杂化粒子的制备方法、性能和应用现状。此外,针对GONRs的还原产物石墨烯纳米带(GNRs)的结构、性能、制备方法及其应用领域也进行了系统性地论述。相关研究表明,氧化石墨烯纳米带杂化粒子的设计与制备是氧化石墨烯纳米带迈向实用领域的一个有效途径,而石墨烯纳米作为石墨烯的一种特殊结构的二维变体,继承了石墨烯优良的导电和导热等性能,同时特殊的边缘效应,因而呈现出了更广阔的应用潜力。     

氧化石墨烯对聚丙烯/尼龙6两组分聚合物的增容作用

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,然后将其与聚丙烯/尼龙6(PP/PA6)两组分聚合物进行熔融共混制备聚丙烯/尼龙6/氧化石墨烯纳米复合材料。通过拉伸强度测试、差示扫描量热测试并结合扫描电子显微镜对尼龙6分散相尺寸大小观察表明,由于氧化石墨烯表面环氧官能团与尼龙6中端氨基能发生化学反应,有效提高了各组分之间的界面相互作用;少量的氧化石墨烯使尼龙6分散相尺寸大幅度减小,并使复合材料拉伸强度大幅度提高,由此表明石墨烯对热力学不相容聚丙烯/尼龙6两组分聚合物具有良好的增容作用。     

碳纳米管与石墨烯协同改性天然石墨及其电化学性能

以碳纳米管和氧化石墨烯为原料,二者按5∶3混合超声分散再高温还原制备碳纳米管/石墨烯/天然石墨(CNTs/rGO/NG)锂离子复合负极材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电化学测试等分析技术对复合材料的形貌、结构、电化学进行表征。结果表明:石墨烯和碳纳米管在天然石墨表面形成三维立体网络结构。与纯天然石墨相比,CNTs/rGO/NG复合材料具有良好的倍率性能和循环寿命,在0.1C时首次放电比容量为479mAh/g,可逆容量达473mAh/g,循环100次后容量为439.5mAh/g,容量保持率为92%,在0.5,1,5C不同电流倍率时容量依次为457,433,394mAh/g。     

N掺杂Cu2O薄膜的低温沉积及快速热退火研究

采用氧化亚铜(Cu_2O)陶瓷靶,利用射频磁控溅射沉积法在氮气和氩气的混合气氛下制备了N掺杂Cu_2O(Cu_2O∶N)薄膜,并在N_2气氛下对薄膜进行了快速热退火处理,研究了N_2流量和退火温度对Cu_2O∶N薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光电性能的影响。结果显示,在衬底温度300℃、N_2流量12sccm条件下生长的薄膜为纯相Cu_2O薄膜;在N_2气氛下对预沉积薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的结晶质量随退火温度(450℃)的升高而显著改善;快速热退火处理能改善薄膜的结晶质量和缺陷,降低光生载流子的散射,增强载流子的传输,预沉积Cu_2O∶N薄膜经400℃退火处理后展示出较好的电性能,薄膜的霍尔迁移率(μ)为27.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)、电阻率(ρ)为2.47×10~3Ω·cm。研究表明低温溅射沉积和快速热退火处理能有效改善Cu_2O∶N薄膜的光电性能。     

三维结构磷酸铁锂纳米线阵列的制备及其电化学性能

采用阳极氧化铝模板(AAO),通过溶胶-凝胶法制备出磷酸铁锂(LiFePO_4)纳米线阵列。场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)表征均说明制得的LiFePO_4阵列是分散均匀且相互平行的。X射线衍射(XRD)和能谱图(EDS)表征均说明LiFePO_4纳米线是纯相橄榄石型结构。电化学性能测试表明纳米线阵列具有较好的循环稳定性,1C电流密度下循环100次后容量几乎不衰减,容量保持率为99.1%,10C电流密度下循环350次后容量保持率为91.6%。纳米线阵列的倍率性能较同等条件下制备的纳米粉体有较大提升,0.1C、10C电流密度下容量可分别达156.4mAh/g、106.9mAh/g。     

Co掺杂CeO2稀磁氧化物陶瓷和纳米颗粒的铁磁性能

分别采用固相烧结法及激光液相烧蚀(LAL)技术,成功制备出Co掺杂CeO_2稀磁氧化物陶瓷块体和纳米颗粒。XRD和SEM研究发现所制备的材料具有良好的结晶性和形貌。Co掺杂CeO_2稀磁氧化物陶瓷块体和纳米颗粒均为多晶立方结构,与纯立方相的CeO_2结构相同,说明Co掺杂未形成其他结构和杂相。磁性测量表明固相烧结法和激光烧蚀液相法制备的Co掺杂CeO_2样品均具有较高的室温铁磁性,且远高于文献中报道的结果。将陶瓷块材经激光烧蚀成纳米颗粒后,纳米颗粒的铁磁性与陶瓷块材保持一致。这说明激光烧蚀法制备的纳米材料可以很好地保持母材的特性,是一种很好的纳米颗粒制备方法。根据XRD和SEM研究结果,笔者认为Co掺杂CeO_2陶瓷块材及纳米颗粒的室温铁磁性是内禀性质;磁性产生的机理源于氧空位诱导的铁磁性耦合。     

PAM/GO复合材料制备及驱油性能研究

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),并利用原位聚合法引入丙烯酰胺(AM),制备PAM/GO复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、激光粒度分析和驱油实验等分析方法对PAM/GO复合材料的官能团和驱油性能进行了研究。X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)实验结果表明,PAM/GO的谱图中,在2θ=9.4°的氧化石墨的特征峰消失,在2θ=23°出现一个宽的衍射峰,说明PAM/GO为无定形结构,也说明氧化石墨与PAM兼容性良好,没有发生明显的团聚。傅里叶变换红外光谱分析表明,PAM/GO红外谱图中具有很明显的丙烯酰胺特征峰,说明丙烯酰胺成功引入到氧化石墨烯中。激光粒度分析结果表明,石墨烯复合材料的平均粒径范围在0.19~1.45μm。界面张力分析表明,0.3%浓度的石墨烯材料降低油水界面张力的能力较好,与注入水相比,能将油水界面张力从101降低到100数量级左右。PAM/GO复合材料应用于低渗透岩心的动态驱替实验表明,0.3%浓度的石墨烯复合材料对低渗透油藏提高采收率在10%左右,且驱替压力变化平稳,不会对地层造成堵塞伤害。     

含Ce2O3氧化物对改善双相不锈钢亚稳态点蚀的机理研究

利用扫描电镜、原子力显微镜、恒电位脉冲等研究了2205双相不锈钢在中性含Cl-环境下氧化物引起点蚀萌生的机理。实验发现MgO-Al_2O_3系夹杂物中MgO偏聚处以及MgO-Al_2O_3-CaO系夹杂物中CaO富集处会引起夹杂物处基体同周围基体接触电势差增加。此外,CaO富集处易使夹杂物表面出现显微缝隙并使基体裸露,产生亚稳态蚀坑。经Ce处理后发现夹杂物成分变为含Ce_2O_3·11Al_2O_3或Ce_2O_3·Al_2O_3为主的复合夹杂,夹杂物与基体接触电势差减小并且在含Ce_2O_3复合夹杂物处未发现点蚀萌生现象,最后阐述了非金属氧化物引起点蚀的机理以及Ce与氧化物反应的机制。     

氧化镧改善钨材料性能的研究现状

制备钨合金面临着再结晶温度低、韧脆转变温度高、高温强度低及寿命短等问题。稀土氧化物氧化镧(La2O3)添加到钨合金内,再结晶温度提高、韧脆转变温度下降、高温强度提高,所以钨材料内添加La2O3是最近几年国内外的热门研究课题之一。主要介绍了高温强度强、再结晶温度低、寿命长的W-La2O3合金的最佳La2O3添加含量以及改善这些性质的一些方法,最后指出了该合金待解决的一些问题及其发展趋势。     

ITER极向场线圈销轴表面硬化工艺研发

ITER极向场线圈(PF)磁体支撑销轴承载极向场线圈和部分真空室的质量,因使用环境非常恶劣,所以对其表面硬度及耐磨性能有很高的需求。按照ITER极向场线圈销轴的设计要求,研发了两种表面硬化处理方式,包括无界面N离子注入361LN强化处理以及采用在不锈钢表面堆焊一层马氏体不锈钢ER414L的方式分别不同程度地增加基底材料的表面硬度以及耐磨性能,可以满足小尺寸及超大型部件的表面硬化设计需求。