石墨烯制备和应用中的表面科学与技术

石墨烯自2004年被成功制备以来,引起了世界范围的研究热潮,物理、化学和材料等领域的学者对其制备方法、性能表征和应用研发投入了极大兴趣。文中在简要综述石墨烯制备和应用研发现状的基础上,探讨了石墨烯制备和应用中涉及的表面科学和表面技术问题。文中指出,为促进石墨烯工程化应用,在石墨烯制备方法和应用研发中,应围绕石墨烯表面改性理论与方法、石墨烯材料及其产品制备表面工程技术方法等方面,多领域学者和工程师合作研究、协同创新。     

表面科学与工程在纳米技术发展与应用中的直接作用

表面科学与工程在纳米技术的发展与应用中发挥着特殊的作用，尤其在纳米尺度材料的制备和纳米制造等领域。在纳米材料领域，纳米晶块材料的界面问题和纳米尺度的分子自组装的表面与界面问题是极富挑战性的前沿工作。在纳米制造领域，微机械部件的微纳米尺度的操作手设计和运动副表面的微观失效、摩擦磨损和润滑等问题也将开辟表面科学与工程新的研究领域。     

石墨烯在表面工程领域的研究进展

石墨烯是一种由碳原子sp2杂化构成的二维蜂巢式结构碳纳米材料。近十年来,石墨烯的研究成为很多领域的热点,并且在石墨烯的制备、性能表征以及潜在应用方面都取得了重要进展。文中简要综述了石墨烯的主要制备方法以及石墨烯作为纳米薄膜在组织工程、抗菌材料、透明导电薄膜和耐腐蚀涂层等方面的应用发展。石墨烯作为一种"未来材料",其制备技术和改性过程正日益完善,薄膜材料在表面工程领域的应用也将展现出蓬勃生机。     

对表面科学系统的思考

能否建立完整的表面科学系统综合理论体系,表面科学应如何分类,表面技术在表面科学中居于什么地位,他们之间的关系怎样,作者就这些问题作出了自己的思考。希望本文能激起表面科学技术领域的专家、教授、工程技术人员对表面科学理论体系的探讨,以期从整体的角度推动表面技术及表面科学的发展.     

CVD在介电材料表面直接制备石墨烯进展

石墨烯一种SP2碳杂化的二维平面材料,因其卓越的电学、机械、光学性能,在半导体、电子、光学、传感器等多领域具有巨大的应用潜力。虽然石墨烯可以通过直接从母材剥离或过渡金属上生长来制备,但不受控制的生产或额外的复杂转移过程对石墨烯膜层造成一定损伤,而在介电衬底上通过CVD法直接制备石墨烯成为一个有意义的研究方向。文章综述国内外介电材料表面CVD法直接制备石墨烯研究进展,系统的介绍了介电材料表面直接制备石墨烯的主要方法,阐明生长过程中催化条件、生长参数是介电材料表面制备石墨烯的关键。此外,由于介电材料表面的弱催化作用,其表面直接制备石墨烯晶畴尺寸小,电性能较差,因此实现介电材料表面石墨烯高质量、可控制备是今后研究的方向。     

现代表面技术的应用

阐述了表面技术的重要性以及表面技术在功能材料、现代制造业和环境工程等领域中的应用 ,介绍了纳米粉体材料和纳米技术在表面工程领域中的应用 ,展望了表面技术的应用前景。     

石墨烯在镁合金表面防护技术中的研究进展

简要介绍了石墨烯及其氧化物在镁合金表面防护技术中的应用现状,分别对化学转化技术、微弧氧化技术、电化学沉积技术和有机硅烷技术制备的石墨烯及其氧化物复合膜层的表面结构和耐蚀性进行了综述,分析了不同复合方法的特点,并指出了石墨烯及其氧化物复合膜层在镁合金表面防护处理技术中的研究发展方向和建议。     

表面梯度复合材料制备及在耐磨件上的应用

通过热喷涂、激光重熔、堆焊、铸渗等方法在材料表面制备表面梯度复合层,以此来改善材料的性能,已成为提高材料使用性能和使用寿命的重要手段。以抗磨领域的耐磨件为应用背景,简要介绍了表面梯度复合材料的制备技术,以及在实际工况中的应用效果,为耐磨材料的制备、选择和开发提供参考。     

激光增材技术制备金属基石墨烯复合材料

增材制造技术（3D打印）是先进制造技术的重要发展方向,已经应用到航空航天、汽车工业、生物医学等重要领域中。自2004年首次剥离出单层石墨烯后,石墨烯等二维晶体材料逐渐成为了复合材料领域的研究热点。其表现出的优良力学性能及导电导热性使其更加适用于增强相材料。石墨烯与金属合金复合,通过调整石墨烯增强相的含量和分布,有望大幅提高金属基体材料的力学强度、导电导热等性能,获得性能优异的结构功能一体化材料。激光增材制造技术和石墨烯纳米片高比表面积和各向异性的优点相结合,对石墨烯与金属粉末进一步加工混合,再逐层打印构造3D 结构,已成为一个全新的研究方向,正在引领着第四代工业革命的进展。本文以激光增材制造技术为主体,从三个角度综述激光增材制造技术制备金属基石墨烯复合材料的研究进展,即激光增材制造技术制备石墨烯铝、镍及其他金属基复合材料,对比了形成工艺以及材料的性能,并分析了今后可能的发展方向。     

现代表面技术的应用

阐述了表面技术的重要性以及表面技术在功能材料、现代制造业和环境工程等领域中的应用，介绍了纳米粉体材料和纳米技术在表面工程领域中的应用，展望了表面技术的应用前景。     

石墨烯基涂层的性质及在抗菌和组织工程中的应用

石墨烯材料--石墨烯纳米片(Graphene nanoflakes,GFs)、氧化石墨烯(GO)或还原氧化石墨烯(rGO)、化学气相沉积技术制备的石墨烯膜(CVD-G),自问世起,迅速成为社会各界广泛关注的新型碳纳米材料。通过转移方法或者溶剂助技术,可以将CVD-G和表面含有亲水基团的GFs或GO涂覆于基体表面,形成石墨烯基涂层,涂层以其独特的形貌、结构、物理化学性质,呈现出良好的抗菌活性和细胞外基质特点,显著影响细胞的粘附、增殖和分化等行为。经过近十年的研究,生物活性石墨烯基涂层材料在细胞培养、细胞生长、组织工程支架和生物医疗器械中展示出巨大的应用潜力。着重围绕石墨烯涂层的成分和制备方法,总结具有抗菌活性的石墨烯材料所取得的重要成果与最新进展,围绕石墨烯基二维涂层(涂覆于基底的二维表面)和石墨烯基三维结构(基底为三维支架)对多种哺乳细胞的相容性和细胞行为调控,综述了石墨烯材料在组织工程支架和植入体表面改性中的研究进展,提出了生物活性石墨烯基涂层的研制方向与应用展望等。     

石墨烯纳米复合涂层在纤维织物表面的制备与应用进展

石墨烯因其导电性能优异、比表面积大、杨氏模量高等独特性能受到科研人员的广泛关注,将石墨烯应用于纤维表面改性以赋予纤维织物导电、紫外线防护、电磁屏蔽等性能,是目前的主要研法目标。以石墨烯基复合涂层纤维织物制得的材料在医疗器械,电子器件,传感器领域都呈现巨大的应用前景。从机理、制备方法、性能与应用等三个方面介绍了石墨烯基纳米复合涂层,并阐述了石墨烯基纳米复合涂层的作用机理。归纳了石墨烯纳米复合涂层纤维与织物的制备方法,其中,浸渍法具有操作简便、污染小、耗能小、重复性好等优势,且通过壳聚糖、牛血清蛋白、聚氨酯等方法改性纤维织物表面,能增强石墨烯涂层与基底牢固性,提高石墨烯基纳米复合涂层的综合性能。总结了石墨烯基纳米复合涂层纤维与织物在电磁屏蔽材料、疏水材料、柔性电极、超级电容、传感器等方面的应用研究现状,并对其发展进行了展望。     

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯由于独特的结构和优异的性能,成为复合材料中最具吸引力的碳质材料增强体。系统介绍了近年来石墨烯增强铜基复合材料的制备方法以及国内外相关研究现状。针对石墨烯表面润湿性和分散性差的问题,概述了石墨烯表面改性的方法及相关研究进展,提出了利用稀土对石墨烯进行表面改性的可行性。总结了目前石墨烯增强铜基复合材料研究中存在的主要问题,并对今后石墨烯增强铜基复合材料的研究方向及发展趋势进行了展望。     

中科院合肥研究院等在石墨烯材料的等离子体制备及应用研究中获进展

前不久,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所研究员王奇主持的安徽省重点研究与开发计划项目《等离子体技术制备高质量功能化石墨烯》通过安徽省科技厅组织的结题验收;来自中国科学技术大学、合肥工业大学、安徽大学、安徽辰龙会计师事务所、安徽华安会计师事务所等单位组成的专家组听取了结题汇报,对项目取得的成绩表示肯定,通过了结题验收.近年来,在石墨烯材料的等离子体制备及应用方面,研究团队解决了等离子体技术制备石墨烯及石墨烯复合材料工艺难题,减小了液相路线中石墨烯材料的团聚程度,节约了能耗;开展了石墨烯复合材料在能源、环保、生物医药等领域的应用研究,并取得进展.     

C_n团簇注入制备石墨烯的研究进展

石墨烯是碳原子构成的单层二维晶体,在高频电子学和光电子器件领域具有广泛应用前景,厚度可控的大面积石墨烯的制备是实现规模化应用的前提。文中在介绍现有石墨烯制备技术优缺点的基础上,重点介绍了近几年离子注入过渡金属镍制备石墨烯的研究成果。研究表明:在低能碳团簇C_n注入制备石墨烯的过程中,离子能量、注入剂量、团簇尺寸、基体材料特性和退火条件是影响石墨烯物理性质的重要因素。团簇离子注入在基体表层引起的辐照损伤具有非线性效应,精确控制剂量的C_n团簇注入到基体中主要起到提供可控掺杂碳源的作用,高质量石墨烯的合成需要进行多晶基体预热处理以减少晶界密度,同时需采取精细的后续热处理工艺,控制碳原子在基体表面横向扩散和偏析,以满足石墨烯形核生长的关键条件。     

表面活性剂辅助的水相剥离法制备石墨烯研究进展

表面活性剂辅助水相剥离法是一种制备较高质量石墨烯的方法。概述了表面活性剂辅助的水相剥离方法的技术优势,包括方法绿色环保、便于规模化、所得石墨烯质量高和产量大等特点。在此基础上,重点综述了近年来不同种类表面活性剂辅助水相剥离石墨烯的研究进展,其中离子型表面活性剂辅助剥离石墨烯,包括烷基阴离子表面活性剂辅助剥离石墨、胆盐类表面活性剂辅助剥离石墨、芘衍生物辅助剥离石墨、阳离子型表面活性剂辅助剥离石墨等;非离子性表面活性剂辅助剥离石墨,包括聚乙烯吡咯烷酮辅助剥离石墨、聚醚表面活性剂辅助剥离石墨、聚乙烯基咪唑类高分子辅助水相剥离石墨等。针对各种形式的表面活性剂辅助水相剥离石墨方法,分别从制备流程、表面活性剂物理化学性能、制得的石墨烯的结构与性能等方面进行了归纳与对比。最后展望了液相剥离制备石墨烯方法在未来的发展方向。     

石墨烯类材料在膜分离领域中的应用与研究

二维材料石墨烯具有超薄片层结构,其片层间隙尺寸可实现对特定物质的截留;同时,石墨烯具有极好的化学稳定性,能够作为表面防氧化保护层。近年来,利用石墨烯类材料改性分离膜的性能已成为该领域的研究热点。为探索石墨烯类材料在膜分离领域中的应用,对石墨烯的分类及其制备方法进行简要的概述,重点讨论了石墨烯改性在提高分离膜的通量、选择性、机械性能、热稳定性、耐氯性和抗污染性方面的机理。石墨烯类材料主要通过掺杂或表面沉积对分离膜进行改性,石墨烯类材料改性膜在脱盐、油水分离、染料脱色、有机物脱水、水溶液中脱除微量挥发性有机物、有机物-有机物分离和气体分离等领域均表现出优异的分离特性。石墨烯类材料片层内部及片层之间的空间可以为目标分离物提供传输通道,其表面基团和带电特性又增强了石墨烯改性膜与目标分离物之间的亲和作用,从而可以同时提高通量和选择性。调控石墨烯类材料自身的结构,改善其在高分子材料内的相容性,提高石墨改性膜的稳定性,是石墨烯类材料在膜分离领域未来的研究重点。     

表面硬质薄膜材料制备技术获2005年国家技术发明二等奖

西安交通大学教授、中国机械工程学会表面工程分会主任委员徐可为等研究的复杂型腔工模具表面硬质薄膜材料制备成套设备及关键工艺技术获得2005年国家技术发明二等奖。该项目围绕脉冲直流等离子体化学气相沉积（PCVD）成套工业设备研制、PCVD制备硬质薄膜材料以及在工模具表面薄膜材料强化领域的关键应用等进行了系统研究。     

表面改质及强化技术

电子束表面合金化技术能够赋予材料优异的表面性能,其制备低成本和高性能的技术特点使其在民用和军工领域具有广阔的应用前景。总结了电子束表面合金化技术原理及特点,综述了国内、外涂层电子柬熔覆技术的研究现状和最新进展,着重介绍了电子束熔覆工艺对改性层组织及性能的影响,     

表面改质及强化技术

电子束表面合金化技术能够赋予材料优异的表面性能,其制备低成本和高性能的技术特点使其在民用和军工领域具有广阔的应用前景。总结了电子束表面合金化技术原理及特点,综述了国内、外涂层电子柬熔覆技术的研究现状和最新进展,着重介绍了电子束熔覆工艺对改性层组织及性能的影响,