氧化/还原氧化石墨烯基纳米复合材料的研究

综述了以氧化/还原氧化石墨烯为基体的纳米复合材料的最新研究成果和应用进展.对石墨烯的氧化和脱氧化机理进行了介绍;着重阐述了石墨烯与金属、金属化合物和导电聚合物的纳米复合,包括纳米复合材料的制备方法、主要性能及应用前景,并对类似纳米复合材料的性能进行了归纳;最后,结合我国目前的实际情况对以石墨烯为基体的纳米复合材料发展中所面临的机遇和挑战进行了总结和展望.     

氧化石墨烯/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备及性能

通过溶剂超声剥离法制备氧化石墨烯/双马来酰亚胺(BMI)树脂纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)对纳米复合材料进行表征,并对其力学性能进行研究。结果表明,在N,N-二甲基甲酰胺中超声能有效地将异氰酸苯酯改性的氧化石墨剥离成氧化石墨烯薄片;这种纳米复合材料比BMI树脂具有更好的力学性能和耐热性能,当氧化石墨烯含量为基体树脂的1%时,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为87.7 MPa、142.1MPa、15.9 kJ/m2,当氧化石墨烯含量为1.25%时,其1000℃时的残炭率达41.3%。     

PBT/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热处理

先用Hummer法合成氧化石墨烯(GO),然后用熔融共混法制备了不同GO含量的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纳米复合材料(PBT/GO)。随着GO含量的提高PBT/GO纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度都先提高后降低,GO的含量为0.5%的材料性能最佳。将GO含量为0.5%的PBT/GO纳米复合材料在不同温度(150、180和200℃)热处理不同时间(30、60和90 min),研究了热处理对其结构和性能的影响。结果表明,随着热处理温度的提高PBT/GO纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度最高达63.2 MPa和11.6 kJ/m²,比热处理前分别提高了36.1%和59.3%。而随着热处理时间的延长其拉伸强度和冲击强度最高分别为62.3 MPa和11.0 kJ/m²,分别提高了34.2%和51.9%。DSC分析结果表明,提高热处理温度和延长热处理时间都能提高复合材料的结晶度,结晶度比热处理前最多分别提高了11.4%和8.6%,温度对结晶度的影响更甚。XRD测试结果表明,热处理并不改变复合材料的晶型结构,只影响其结晶度。导热性能测试结果表明,复合料的结晶度越高则导热性能越好。提高热处理温度,复合材料在50℃和100℃的热导率最高分别为0.49 W/(m·K)和0.42 W/(m·K),比热处理前分别提高了24.1%和18.6%;延长热处理时间,复合材料在50℃和100℃的热导率最高分别为0.46 W/(m·K)和0.37 W/(m·K),比热处理前分别提高了14.6%和5.9%,热处理温度对导热性能的影响更显著。     

CMC/金属(金属氧化物)复合纳米材料的研究进展

高分子纳米复合材料表现出优异的光、电、热以及力学性质从而引起广泛地关注,而羧甲基纤维素(CMC)是天然生物可降解的线性高分子多糖,是用于制备CMC/金属(金属氧化物)复合纳米材料的绿色反应介质,从而成为复合纳米材料研究的热点。文中综述了CMC/金属(金属氧化物)的制备条件、反应机理、纳米粒子的结晶结构及其特殊的性质。在此基础上,指出了CMC/金属(金属氧化物)复合纳米材料所存在的问题并对其发展趋势进行了展望。     

氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及表征

通过溶液插层的方法制备氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)研究纳米复合材料的结构和性能,采用电子万能试验机研究纳米复合材料的力学性能。研究表明,异氰酸苯酯改性氧化石墨在二甲基甲酰胺中经超声处理后剥离形成氧化石墨烯薄片;添加氧化石墨烯后纳米复合材料的力学性能和耐热性显著改善。当氧化石墨烯的含量为基体树脂的1%时,纳米复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为82.9 MPa、148.6 MPa和12.9 kJ/m2,1000℃时的残炭率达45.1%。     

氧化石墨烯增强水泥基复合材料的研究现状及展望

水泥水化进程复杂,所形成的水化产物缺陷较多,因而导致水泥基复合材料的力学性能及耐久性较差,如何对水泥水化行为进行调控成为了研究的热点。氧化石墨烯(GO)是由石墨氧化制备石墨烯的中间产物,因其存在大量的活性基团,在水泥基复合材料领域具有广阔的应用前景。概述了氧化石墨烯的选择及制备,论述了氧化石墨烯增强水泥基复合材料的流变性、微结构、物理力学性能及耐久性,重点阐述了氧化石墨烯对水泥基复合材料水化及性能调控的作用机理,针对当前研究中存在的问题进行了总结,并对未来的研究工作进行了展望。     

Synthesis of Manganese Ferrite/Graphene Oxide Nanocomposites for Biomedical Applications

In this study, MnFe₂O₄ nanoparticle (MFNP)‐decorated graphene oxide nanocomposites (MGONCs) are prepared through a simple mini‐emulsion and solvent evaporation process. It is demonstrated that the loading of magnetic nanocrystals can be tuned by varying the ratio of graphene oxide/magnetic nanoparticles. On top of that, the hydrodynamic size range of the obtained nanocomposites can be optimized by varying the sonication time during the emulsion process. By fine‐tuning the sonication time, MGONCs as small as 56.8 ± 1.1 nm, 55.0 ± 0.6 nm and 56.2 ± 0.4 nm loaded with 6 nm, 11 nm, and 14 nm MFNPs, respectively, are successfully fabricated. In order to improve the colloidal stability of MGONCs in physiological solutions (e.g., phosphate buffered saline or PBS solution), MGONCs are further conjugated with polyethylene glycol (PEG). Heating by exposing MGONCs samples to an alternating magnetic field (AMF) show that the obtained nanocomposites are efficient hyperthermia agents. At concentrations as low as 0.1 mg Fe mL^?1 and under an 59.99 kA m^?1 field, the highest specific absorption rate (SAR) recorded is 1588.83 W g^?1 for MGONCs loaded with 14 nm MFNPs. It is also demonstrated that MGONCs are promising as magnetic resonance imaging (MRI) T₂ contrast agents. A T₂ relaxivity value (r₂) as high as 256.2 (mM Fe)^?1 s^?1 could be achieved with MGONCs loaded with 14 nm MFNPs. The cytotoxicity results show that PEGylated MGONCs exhibit an excellent biocompatibility that is suitable for biomedical applications.     

氧化锌/石墨烯纳米复合材料制备技术的研究进展

氧化锌/石墨烯纳米复合材料在储能、光电材料与器件、光催化剂等方面具有广阔的应用前景,其所含元素无毒无害,储量丰富,适用于溶剂热法、超声空化法、电化学沉积等低成本非真空制备方法,故氧化锌/石墨烯复合材料近来成为复合材料领域研究热点之一。综述了氧化锌/石墨烯复合材料的多种制备方法,讨论了各制备方法的工艺特点与不足,分析了不同制备方法对氧化锌/石墨烯纳米复合材料形貌与性能的影响,展望了其未来工业化规模制备的发展趋势。     

四氧化三铁/石墨烯纳米复合材料的静电自组装制备及储锂性能

采用一种简单便捷的溶胶静电自组装技术,经高温煅烧还原制得四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米复合材料( FGCM).经X射线衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析技术(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子谱(XPS)及N2 吸附-脱附实验等方法对复合材料的结构、组成及形貌进行了表征.结果显示,粒径约7 nm的球状Fe3 O4 颗粒均匀紧密地分散在还原氧化石墨烯( rGO)褶皱状表面,从而有效地避免了Fe3 O4 颗粒的团聚.将制备的FGCM作为锂离子电池负极材料研究其锂电性能,由于Fe3 O4 和rGO两组分之间的协同效应,在100 mA·g-1的充放电流密度下,其首次放电比容量高达1 405 mAh·g-1 ,经100次充放电循环后其放电比容量仍高达663 mAh·g-1 .此外,复合材料亦呈现持久的循环稳定性与优异的倍率性能.研究表明,FGCM是一种集石墨烯和四氧化三铁的优点于一体的优良的锂离子电池负极材料.     

生物基没食子酸环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热性能

以植物多元酚没食子酸为原料制备了生物基没食子酸环氧树脂(GAER),采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并利用硅烷偶联剂KH550对氧化石墨烯进行改性修饰。以琥珀酸酐为固化剂,制备了GAER/KH550-GO生物基纳米复合材料。对所制备的GO及其与GAER的复合材料进行了结构表征和性能测试。结果表明,KH550改性的氧化石墨烯已经剥离形成具有单片分布的结构,GAER/KH550-GO复合材料的储存模量(E′)、玻璃化转变温度(Tg)均随着KH550-GO含量的增加先增加后降低,在KH550-GO的质量分数为0.25%时,Tg提高了21℃,50℃时E′增加了72.2%;在KH550-GO的质量分数为0.75%时,复合材料具有较高的交联密度及耐热性。     

利用氧化石墨烯复合膜吸附去除水中重金属离子的研究进展

氧化石墨烯作为一种独特的碳纳米材料,具有很高的比表面积,且其表面含有丰富的羟基、羧基等含氧基团,被认为是一种得天独厚的吸附材料,在净化水体方面有着广阔的发展前景。目前,为进一步提高氧化石墨烯对重金属离子的选择吸附性,氧化石墨烯被辅之以其他功能化材料,来制备复合材料。此外,膜分离技术在解决水环境问题上效果显著,因此将氧化石墨烯复合材料与膜分离技术相结合,来制备氧化石墨烯复合膜,对净化水体起到了事半功倍的效果。本文综述了氧化石墨烯复合膜材料的制备方法,并对其去除水中重金属离子的研究进展与吸附机理进行了综述,也对后续研究方向进行了展望。     

还原氧化石墨烯-贵金属纳米复合物的制备及表征

以氧化石墨和氯铂酸为前驱体,在油胺中简便地合成了还原氧化石墨烯-铂(Reduced graphene oxide-platinum,rGOPt)纳米复合物,并对其进行了表征。透射电子显微镜和光谱测试结果表明,铂纳米颗粒均匀分布在石墨烯表面,尺寸约为30nm,铂纳米粒子为多孔隙结构,结晶性能良好,氧化石墨在高温下转变为还原氧化石墨烯。用此方法也可以制备还原氧化石墨烯-金(rGO-Au)或还原氧化石墨烯-银(rGO-Ag)的纳米复合物,金、银纳米颗粒呈球状,对可见光具有明显的表面等离子吸收。同时,油胺作为溶剂、贵金属盐的还原剂和表面活性剂,使制备过程简单、快捷。     

Metal Oxide Nanocomposites: A Perspective from Strain,Defect, and Interface

Vertically aligned nanocomposite thin films with ordered two phases, grown epitaxially on substrates, have attracted tremendous interest in the past decade. These unique nanostructured composite thin films with large vertical interfacial area, controllable vertical lattice strain, and defects provide an intriguing playground, allowing for the manipulation of a variety of functional properties of the materials via the interplay among strain, defect, and interface. This field has evolved from basic growth and characterization to functionality tuning as well as potential applications in energy conversion and information technology. Here, the remarkable progress achieved in vertically aligned nanocomposite thin films from a perspective of tuning functionalities through control of strain, defect, and interface is summarized.     

石墨烯及Ag/石墨烯纳米复合材料的原位合成

选择改进的H ummer方法制备氧化石墨烯;采用硼氢化钠和柠檬酸钠相结合的方法还原氧化石墨制备石墨烯及Ag/石墨烯纳米复合材料,采用拉曼光谱、TEM、SEM、UV-Vis、XRD、FTIR等多种测试手段对其表征,发现硼氢化钠可以还原氧化石墨烯中的边缘缺陷,柠檬酸钠可以剥离氧化石墨烯片层并使银纳米颗粒附着在石墨烯片层上,石墨烯层数较少且随着反应时间的延长,银纳米颗粒的尺寸也会逐渐增大.     

Physical Mechanism and Performance Factors of Metal Oxide Based Resistive Switching Memory:A Review

This review summarizes the mechanism and performance of metal oxide based resistive switching memory The origin of resistive switching(RS) behavior can be roughly classified into the conducting filament type and the interface type. Here,we adopt the filament type to study the metal oxide based resistive switching memory,which considers the migration of metallic cations and oxygen vacancies,as well as discuss two main mechanisms including the electrochemical metallization effect(ECM) and valence change memory effect(VCM). At the light of the influence of the electrode materials and switching layers on the RS characteristics,an overview has also been given on the performance parameters including the uniformity endurance,the retention,and the multi-layer storage. Especially,we mentioned ITO(indium tin oxide electrode and discussed the novel RS characteristics related with ITO. Finally,the challenges resistive random access memory(RRAM) device is facing,as well as the future development trend,are expressed.     

Graphene Oxide/Polymer‐Based Biomaterials

Since its discovery in 2004, derivatives of graphene have been developed and heavily investigated in the field of tissue engineering. Among the most extensively studied forms of graphene, graphene oxide (GO), and GO/polymer‐based nanocomposites have attracted great attention in various forms such as films, 3D porous scaffolds, electrospun mats, hydrogels, and nacre‐like structures. In this review, the most actively investigated GO/polymer nanocomposites are presented and discussed, these nanocomposites are based on chitosan, cellulose, starch, alginate, gellan gum, poly(vinyl alcohol) (PVA), poly(acrylamide), poly(?‐caprolactone) (PCL), poly(lactic acid) (PLLA), poly(lactide‐co‐glycolide) (PLGA), gelatin, collagen, and silk fibroin (SF). The biological and mechanical performance of such nanocomposites are comprehensively scrutinized and ongoing research questions are addressed. The analysis of the literature reveals overall the great potential of GO/polymer nanocomposites in tissue engineering strategies and indicates also a series of challenges requiring further research efforts.

     

氧化石墨烯及其聚合物复合材料制备的研究进展

石墨烯是一种具有单层蜂窝状二维网格结构的新型材料,具有优异的力学、化学性能。氧化石墨烯(GO)作为氧化-还原法制备石墨烯的中间体,具有较高的比表面积以及石墨烯所不具备的丰富官能团。鉴于官能团的存在,GO具有优良的化学修饰性能,以此可制备性能更高的或具备新性能的GO/聚合物复合材料。文中综述了氧化石墨烯的结构、性能及制备方法,主要介绍了制备GO的Hummers法,比较了GO/聚合物复合材料的不同制备方法,列举了复合材料的性能特点,最后对GO复合材料制备方法的发展和GO/聚合物复合材料的应用前景进行了展望。