光栅对石墨烯太赫兹光学性质的影响

在不考虑等离激元诱导效应的情况下，利用玻尔兹曼平衡方程方法从理论上研究了金属光栅结构对石墨烯光电导率的直接影响。研究发现由于光栅对入射光的动量补偿作用，光栅对石墨烯的带内光电导率产生了显著的影响，使得在石墨烯的太赫兹吸收窗口区域出现光电导率峰，并且该光电导率峰可由光栅周期、电子浓度以及温度来调控。该研究有助于深入理解光栅结构对光电材料的影响，并表明光栅-石墨烯体系可以应用于可调谐的太赫兹光电器件，如太赫兹探测器。     

石墨烯量子点光致发光性能及调控机制研究进展

石墨烯量子点是一类重要的石墨烯衍生物，在量子尺寸效应的作用下，石墨烯量子点显示出与传统石墨烯截然不同的半导体特性。目前，石墨烯量子点以其优异的光致发光特性，高稳定性，低生物毒性，可调制的界面结构，在荧光防伪材料、生物成像、肿瘤诊疗、光/电催化等领域展现出突出的优势。从石墨烯量子点光致发光特性出发，对石墨烯量子点的带隙这一关系到该材料在各应用领域的重要基本物性进行总结，旨在明确当前在石墨烯量子点光致发光机制研究、光致发光性能调制两大领域的研究进展与挑战。     

抑制锌枝晶的新型负极材料ZnSO4·3Zn(OH)2·H2O@石墨烯的制备

锌的可充电电池有良好的电化学性能,但锌枝晶的问题会导致其库伦效率降低,发生短路,甚至形成"死锌".利用沉淀法制备新型复合材料ZnSO4·3Zn(OH)2·H2O@石墨烯作为电池的负极,使用2 mol/L K2SO4作为电解液,利用沉淀-溶解机制以达到实现抑制锌枝晶的目的.采用X线衍射仪(XRD)对循环前后的负极材料进行表征,用电子扫描显微镜(SEM)观察其形貌,结果表明,制备的新型负极材料在2 mol/L K2SO4电解液中能够完成1000次全放电/充电循环,库伦效率接近100％,容量保持80％,可以有效抑制锌枝晶,以实现电池的长循环稳定性.     

GO/PI复合纳米纤维的制备及其过滤性能研究

为制备高过滤效率、低过滤阻力的空气过滤材料,将氧化石墨烯纳米颗粒(GO)掺杂到聚酰亚胺(PI)纺丝溶液中,制备氧化石墨烯/聚酰亚胺(GO/PI)复合纳米纤维过滤材料。通过观察其形貌、过滤性能来确定最优纺丝工艺参数。结果表明:当PI质量分数为30%,GO质量分数为1%,纺丝电压为25 kV,接收距离为20 cm时,复合纳米薄膜的纤维形貌较好,过滤性能优良。与PI纯组分纳米纤维过滤材料相比,GO/PI复合纳米纤维过滤材料的过滤性能更好,制得GO/PI复合纳米纤维膜的平均孔径为1.8μm,过滤效率为99.68%,过滤阻力仅为85.35 Pa。     

石墨烯纳米制冷剂核态池沸腾换热的实验研究

为分析单层石墨烯纳米片对核态池沸腾换热的影响机理，对基液为R141b、分散相为单层石墨烯纳米片的纳米制冷剂的核态池沸腾换热特征进行了测定，采用Hot Disk热物性分析仪和铂金板法分别测定了石墨烯纳米制冷剂的热导率和表面张力，采用接触角测量仪和扫描电子显微镜（SEM）观测了沸腾后加热表面的润湿性和形貌特征。实验中，单层石墨烯纳米片的质量百分含量（ω）为0.02%~0.50%，实验压力为一个标准大气压，热流密度为20~200 kW/m2。实验结果表明：单层石墨烯纳米片的加入，使制冷剂R141b的核态池沸腾换热得到强化；当ω=0.2%时，换热系数提高比例出现峰值，为57.7%。伴随ω的增加，石墨烯纳米制冷剂的热导率增大、表面张力减小，沸腾表面润湿性增强且微腔数先增后减，综合作用的结果导致存在一个最佳的单层石墨烯纳米片浓度（即ω=0.2%）使换热系数最高。     

改性石墨烯包覆光纤的马赫-曾德尔大肠杆菌传感器

针对日益严峻的食品安全问题,特别是食源性致病菌的快速检测,本文提出一种基于表面改性石墨烯粗锥型马赫-曾德尔干涉结构的光纤大肠杆菌传感器。首先,截取一根4 cm的实心光子晶体光纤,两端分别与两根单模光纤进行粗锥熔接,形成基于马赫-曾德尔干涉原理的传感结构;接着,制备一种表面改性石墨烯敏感材料,将它涂覆在实心光子晶体光纤的表面,使传感器对大肠杆菌溶液有较高的灵敏度;最后,将上述传感器置于水槽中,以此检测大肠杆菌溶液浓度。实验结果表明,在大肠杆菌溶液浓度为50~600 cfu/mL内,随着菌液的浓度增大,传感器的干涉光谱发生了明显的蓝移,灵敏度为3.43 pm/(cfu·mL^-1),菌液浓度与波长偏移的线性度为0.95649,检测限为67.18 cfu/mL,响应时间为15 s。该传感器成本低、体积小、响应时间快,适用于低浓度大肠杆菌浓度的快速检测。     

石墨烯/聚(N-异丙基)丙烯酰胺复合薄膜电极材料的制备

石墨烯凭借巨大的比表面积和优良的电性能在储能领域受到广泛的关注,但团聚问题限制了其应用发展。针对由Hummers法合成的石墨烯分别采用聚丙烯酰胺和聚N-异丙基丙烯酰胺进行改性,制得石墨烯/聚丙烯酰胺、石墨烯/聚N-异丙基丙烯酰胺自支撑薄膜,以亲水大分子链网络在石墨烯片层间阻隔其层间团聚。结果表明,改性后的石墨烯薄膜具有优异的保水性,当其作为电极材料时显现出良好的循环稳定性和较大的比电容。其中,石墨烯/聚N-异丙基丙烯酰胺自支撑薄膜处于电流密度为0.2 A/g时的电极比电容可达273.8 F/g。     

石墨烯热电器件栅控特性研究

为了获得一种稳定可控的能源，提出一种栅控石墨烯热电器件。通过对石墨烯通道的载流子输运机理的分析，获得了温度和栅压对通道电阻的影响。依据半经典Mott公式推导了石墨烯塞贝克系数的表达式，同时给出了石墨烯的电导率和热导率模型。最后通过有限元分析(FEA)建模获得不同栅压条件下的器件温度，当栅极电压V_B=0 V时，石墨烯热电器件热端和冷端温度差为30 K；当V_B=6 V时，最大温差达到50 K；当V_B=30 V时，最小温差只有10 K。结果表明，栅压对热电器件的性能有明显的调控性。该研究可为石墨烯热电器件的设计提供理论参考。