基于石墨烯的界面工程在有机太阳能电池中的研究

本文使用钠离子（Na+）对石墨烯（GO）进行功能化处理,制备出导电复合材料Na功能化的GO(Na-GO)。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对未功能化的GO和功能化的GO进行化学成分和分子振动结构分析,发现Na+成功取代了GO的羟基,获得复合材料Na-GO。采用紫外光电子谱（UPS）对不同Na浓度的Na-GO制备的薄膜的测功函数进行研究,发现Na功能化处理明显降低了功函数。将功能化的GO与PEIE结合作为双电子传输层应用于P3HT:PCBM体系的有机太阳能电池中,器件的光电转换效率由原来2.53%提升到2.84%。本研究找到了一种优异的电子传输层材料。     

胺功能化氧化石墨烯对水泥基复合材料性能的影响

氧化石墨烯（GO）在水泥浆料中的团聚会影响其对水泥复合材料的力学增强作用。为了解决氧化石墨烯在水泥浆料中的分散性问题，用三乙醇胺（TEOA）通过化学法对氧化石墨烯进行胺功能化（TEOA-GO），并制备了氧化石墨烯水泥基复合材料（GO/C）和胺功能化氧化石墨烯水泥基复合材料（TEOA-GO/C）。分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）等手段对样品结构进行表征。结果表明：与氧化石墨烯相比，胺功能化氧化石墨烯在氢氧化钙溶液中的分散性更好；水泥基复合材料的力学性能测定结果显示，当掺杂0.03%（质量分数）的胺功能化氧化石墨烯时，水泥基复合材料28 d抗折强度最大为7.96 MPa，相较于空白样和氧化石墨烯水泥基复合材料分别提高了15.3%和5.43%；当掺杂0.05%（质量分数）胺功能化氧化石墨烯时，水泥基复合材料28 d抗压强度最大为74.14 MPa，相较于空白样和氧化石墨烯水泥基复合材料分别提高了40.68%和11.99%；扫描电镜表征结果进一步表明，加入胺功能化氧化石墨烯，有利于提高水泥的水化程度，阻碍裂缝的扩展，提高水泥的力学性能。     

聚乳酸/氧化石墨烯纳米复合材料的界面调控与性能研究

分别以乙二胺（EDA）、十二烷基胺（DA）和十八烷基胺（ODA）修饰的氧化石墨烯（GO）为填料,制备了具有不同界面结构的功能化聚乳酸(PLA)/氧化石墨烯(FGO)纳米复合薄膜。采用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、热失重分析、差示扫描量热法对复合薄膜的材料结构、微观形貌和热性能进行表征,并研究了其力学性能及气体渗透性。结果表明,随着GO表面接枝分子链的增长,复合材料的热稳定性、力学性能及气体阻透性能提高;3种FGO中,GO-g-ODA改性体系的综合性能最佳,当其添加量为0.5 %（质量分数,下同）时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别达到88.52 MPa和9.68 %;氧气渗透系数由原来的4.21×10^13 cm3·cm/(cm2·s·Pa)下降到1.172×10^14 cm3·cm/(cm2·s·Pa),约下降了97.2 %;此外,功能化石墨烯的加入使复合材料的热稳定性提高。     

氧化石墨烯对环氧-橡胶两相体系性能的影响研究

采用不同添加量的氧化石墨烯(GO)对环氧树脂-丁腈橡胶两相体系进行改性。采用FT-IR对复合材料进行结构表征,以DMA研究GO添加量对复合材料力学性能的影响,并通过粘接性能变化分析GO对复合材料的湿热老化性能影响。结果表明,GO通过本身的富氧基团连接到EP-CTBN体系中,它的加入能提高复合材料的贮能模量,降低损耗因子和提高玻璃化转变温度,同时GO的加入不会影响复合材料的耐湿热性能。     

氧化石墨烯对绿色轮胎胎面胶用复合材料结构与性能的影响

研究氧化石墨烯（GO）对绿色轮胎胎面胶用复合材料[GO/天然橡胶（NR）/溶聚丁苯橡胶（SSBR）复合材料]微观结构及动静态性能的影响。结果表明：添加适量GO有利于白炭黑在橡胶基体中的分散;随着GO用量的增大,GO/NR/SSBR复合材料的定伸应力、拉伸强度和撕裂强度逐渐增大,当GO用量为4份时GO/NR/SSBR复合材料的物理性能最佳,当GO用量为2份时GO/NR/SSBR复合材料的动态力学性能最佳。     

聚亚苯基砜/石墨烯纳米复合材料的制备与性能

论文通过溶液共混法制备了化学共价功能化改性石墨烯片(f GO)掺杂的聚亚苯基砜(PPSU)纳米复合材料(PPSU/f GO)以改善PPSU的力学性能、热性能和电性能。所得材料分别通过红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、力学和电学性能测试表征了化学共价功能化改性对石墨烯的影响,以及f GO的含量对PPSU/f GO纳米复合材料的力学性能、热性能、导电性能及断面形貌的影响。研究结果表明:氧化石墨烯已成功获得功能化改性,其在溶剂中能均匀分散和剥离,厚度约为70 nm左右;加入少量的f GO(如≤1%(wt)时,f GO的分散尺寸较小,在基体中分散较均匀,并与PPSU基体有良好的界面结合,可有效发挥f GO对PPSU的增强增韧作用。PPSU/f GO纳米复合材料有较好的力学性能,其中以1%(wt)的f GO含量为最佳,其纳米复合材料的拉伸强度和抗冲击强度分别为207 MPa和72 k J?m-2,比纯PPSU分别提高了约15%和14%。当f GO含量过高时,f GO分散尺寸增大,与PPSU基体界面作用减弱,导致复合材料拉伸强度和抗冲击性能下降。随着f GO含量的增加,PPSU复合材料耐热稳定性能提高。电性能测试表明,当加入1%(wt)的f GO时,复合材料的电导率提高了近8个数量级,其导电逾渗阀值小于1%(wt)。综合考虑复合材料的力学和电性能,f GO的添加量低于1%(wt)为宜。     

氧化石墨烯改性水性半合成液压支架用浓缩液的制备与性能

通过化学法对氧化石墨烯（GO）中的羧基进行活化,然后在一定条件下使其与油酸三乙醇胺（MDLO）末端的羟基反应,制备GO接枝改性油酸三乙醇胺酯（MDLO-GO）;最后将水、KOH、EDTA混合均匀后再依次加入蓖钾皂、MDLO-GO、乳化剂及消泡剂等,制备得到GO接枝改性半合成液压支架用浓缩液（GO-HDSF）。红外光谱和X射线光电子能谱的测试结果表明GO被成功接枝到MDLO分子链上;此外,其他性能测试结果表明,随GO添加量增多GO-HDSF浓缩液黏度逐渐增大,且耐腐蚀性、润滑性逐渐提高;当GO的添加量为0.004%（质量分数）时,GO-HDSF的耐腐蚀电位增大到83mV,电流密度减小到6.5×10^-6A/cm²;GO-HDSF的最大无卡咬负荷PB值最大达到了481N。相比于未经氧化石墨烯改性的浓缩液,GO-HDSF的润滑性提高了11.9%,防腐蚀性提高了97.6%,同时耐高温、低温性能也显著提高。     

PET石墨烯复合材料的制备及性能研究

将氧化石墨烯(GO)与精对苯二甲酸(PET)、乙二醇(EG)进行原位聚合,制备了氧化石墨烯/PET(GO/PET)复合材料,研究了氧化石墨烯对PET聚酯的热性能、结晶性能的影响,并制备复合材料纤维,测试了其力学性能.结果表明:GO的加入提高了PET的热稳定性、结晶温度及结晶速率但没有改变PET的成核方式和生长方式.与纯PET相比,加入GO后纤维的拉伸强度降低,断裂伸长率提高,但与低GO含量的PET纤维相比,GO含量较高的PET纤维的拉伸强度更高.     

氧化石墨烯的功能化制备及其极低添加量下对环氧树脂复合体系增强和增韧的研究

通过氧化石墨烯(GO)和聚醚胺的酰胺化反应制备了具有富胺表面和长链分子的功能化氧化石墨烯(DGO),并制备了DGO/环氧树脂复合材料。研究了聚醚胺修饰氧化石墨烯对环氧树脂复合材料力学性能的影响。通过X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、热失重分析和拉曼光谱等测试对DGO进行了分析。结果表明,DGO相对于GO层间距增大;在2 965、2 922、和2 866 cm-1处出现DGO的特征峰;D带和G带峰强比值增大;热残重降低证实聚醚胺在GO上成功接枝。力学性能测试结果表明,氧化石墨烯的加入提高了复合材料的力学性能,0.3%DGO的加入,使环氧树脂的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量分别提高了19.1%、74.4%、38.6%和16.8%,实现了极低添加量下同时增加环氧树脂强度和韧性。     

氧化石墨烯及PBT复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),再分别采用功能性单体KH-550型硅烷偶联剂和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)对GO进行功能化改性,制备了GO-g-KH550和GO-g-PVP杂化材料。分别以GO,GO-g-KH550和GO-g-PVP为填料,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为基体,通过熔融共混-模压成型法制备了不同填料含量的PBT复合材料。测试结果表明:KH550与PVP成功地接枝到了GO的表面上;随着填料质量分数的增加,PBT复合材料的拉伸性能与冲击性能均呈现先增后降的现象,当GO,GO-g-KH550和GO-g-PVP的添加质量分数分别为0.50%,0.50%,0.25%时,复合材料综合性能最佳;当添加的填料质量分数小于0.50%时,填料能均匀的分散在基体材料中,随着添加量的增加,填料逐渐出现团聚现象;填料的加入使复合材料结晶峰向高温方向移动,但结晶度有所下降。     

添加纳米SiO2对单组分及二元硝酸盐热物性的影响

熔盐作为相变材料,可以用作聚热太阳能电站中的储热介质,通过向基盐中添加不同比例的纳米材料可以显著增强熔盐的热物性。将20 nm的SiO₂纳米颗粒分别分散到硝酸钾、硝酸钠和solar salt （60% NaNO₃,40% KNO₃,均为质量分数）中制备成稳定的纳米流体,制备的每一种纳米流体都经过溶解、超生、干燥蒸发等过程。采用差式扫描量热法测量熔盐的比热容、熔化潜热、熔点等热物理性质,并采用激光闪射法对基盐和纳米熔盐的热扩散系数进行测量和分析。结果表明,SiO₂颗粒的添加对硝酸钠、硝酸钾和solar salt的熔化潜热、比热容和热导率等热物理性质有显著的影响。与基盐相比,solar salt、硝酸钾和硝酸钠在液态的比热容值分别增加了4.7%～15.89%、3.9%～33.5%、1.9%～11.86%;测得的热导率分别最大增加了17.16%、39.7%、9.5%。     

双隔离结构聚乙烯/石墨烯导热复合材料的研究

采用聚二烯丙基二甲基氯化铵改性石墨烯纳米片、聚苯乙烯磺酸钠改性聚乙烯颗粒,通过静电诱导自组装和热压成型工艺制备了具有蜂窝状石墨烯框架的聚乙烯复合材料(N?PE?HD/P?GNPs).利用红外光谱仪、扫描电子显微镜、导热系数测试仪、电子拉力试验机对复合材料的改性状态、微观形貌、导热性能和力学性能等进行分析表征.结果表明,...     

高温熔盐热物性的动态测定与误差修正方法

针对目前高温熔盐相变蓄热材料热物性参数测定方法的不足,在借鉴Stefan模型和Lamvik模型的基础上,利用相变材料相变时相界面移动速率与液固相热物性参数之间的关系,设计了一套高温熔盐熔点附近热物性的动态测定装置,并提出了一种基于数值模拟的测定误差修正方法。利用该装置对已知热物性的熔盐硝酸钠、硝酸钾及溴化锌进行了动态实验测定,并利用数值模拟对测定结果进行了修正。修正后的结果和参考值之间的误差比修正前要显著减小,硝酸钠和硝酸钾的热导率、热扩散率误差均小于5%。表明该修正方法可以有效地降低测定过程中由于非一维导热、边界条件不稳定所造成的测定误差,将动态测定与该修正方法结合起来能提高测试精度,为其他熔盐热物性的深入研究提供了基础数据和理论依据。     

新型二元熔盐电解质LiTFSI/NaTf的热学和电化学性能

制备了由二（三氟甲基磺酰亚胺）锂（LiTFSI）和三氟甲基磺酸钠（NaTf）形成的二元低温熔盐电解质材料,采用差热分析、电化学阻抗和循环伏安法分别对熔盐电解质体系的热学性质、电导率和电化学窗口等进行了研究。测试结果表明,LiTFSI/NaTf熔盐体系的最低共熔温度为188℃,而且具有很高的热稳定性,在300℃以内没有明显热分解的迹象;LiTFSI/NaTf熔盐体系具有较好的电导率,电导率随着LiTFSI浓度的增加而减小;温度为230℃、摩尔配比为1∶3的LiTFSI/NaTf熔盐体系的电化学窗口为4.7 V,且随着温度的升高,电化学窗口减小幅度较小,表明该体系具有良好的电化学稳定性。     

三元硝酸熔盐高温热稳定性实验研究与机理分析

通过熔盐质量损失率和试样中NO2-含量变化状况,以及熔盐材料的热重(TG)曲线,研究了三元硝酸熔盐(53%KNO3-40%NaNO2-7%NaNO3)在空气和氮气气氛中高温条件下的热稳定性性能。结果表明,三元硝酸熔盐空气中的上限使用温度为773K,高温时存在劣化现象;而在氮气气氛中三元熔盐的热分解温度为723K。同时,从热力学和动力学角度分析得到,三元硝酸熔盐在773K以下空气中发生的反应为亚硝酸钠的分解和氧化;而在氮气气氛中三元熔盐723K以下时主要发生的是亚硝酸钠的分解反应。在氧气含量一定的情况下,氧气的扩散和亚硝酸盐的分解反应符合一级反应动力学模型。     

氧化石墨烯改性磺酸型水性聚氨酯的制备与性能研究

首先对石墨进行氧化处理制备氧化石墨(GO),然后对GO进行超声处理得到氧化石墨烯(GOs),并通过共混法制备了水性聚氨酯(WPU)/GOs复合材料。讨论了超声分散以及GOs加入量对WPU/GOs复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明,经过超声分散的复合材料的力学性能比未超声分散的好;随着GOs含量的增加,复合材料的拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率逐渐减小;加入质量分数0.50%的GOs,其WPU/GOs复合材料的热分解温度可提高44.7℃,明显提高WPU的热稳定性。     

苯并噁嗪/氧化石墨烯导热复合材料的制备与性能研究

以双酚A、3氨丙基三乙氧基硅烷和多聚甲醛为原料,通过曼尼希反应合成了氨基硅氧烷功能化苯并嗪（B-TES）;将B-TES引入双酚A苯胺型苯并嗪（BA-a）与氧化石墨烯（GO）组成的复合体系中,通过傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪和旋转流变仪研究了复合体系的热固化过程;激光导热仪测试BA-a/GO/B-TES复合材料的热导率。结果表明,当GO/B-TES添加量从1 %（质量分数,下同）增大到6 %时,复合材料的热导率从0.29 W/（m·K）增大到0.56 W/（m·K）;采用有效介质模型计算GO与聚合物之间的界面热阻（Rb）,发现B-TES能够使Rb由150×10-9 m2·K/W降低至130×10-9 m2·K/W;BA-a/GO/B-TES复合材料还表现出低表面能、高热稳定性的特性。     

固碱用热载体熔盐组分的测定

介绍了由7%硝酸钠、40%亚硝酸钠、53%硝酸钾配制成的热载体熔盐中硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾、氢氧化钠和碳酸钠含量的测定方法。     

二元混合氯化盐的配制及热物性研究

在太阳能热发电技术中,硝酸盐类相变材料是使用最多的一种相变材料,但其最高使用温度仅为600 ℃,因此找到一种热容量大、工作温度范围宽、热损失低、价格便宜的相变储热材料是目前的研究重点。选取氯化锂和氯化钠两种高温熔盐相变材料按照不同的质量比混合制备了9种二元熔盐混合物,利用差式扫描量热仪（DSC）对其在600 ℃范围内的相变温度和相变潜热进行了研究。实验结果显示：由于氯化钠的熔点较高,当氯化锂和氯化钠的二元混合物中氯化钠的含量较多时,即氯化锂的含量较少时,少量的氯化锂不能将混合物的熔点降低至600 ℃以下,混合材料无法熔化;当氯化钠和氯化锂发生熔融时,无论何种比例其相变温度均保持在540 ℃左右,浮动±15 ℃;以质量配比为90%氯化锂-10%氯化钠的二元混合物的熔融温度与结晶温度相差较大,所以该二元混合熔盐可以应用于太阳能发电的传热和蓄热技术中。     

纳米粒子掺杂太阳盐复合材料热物性研究

在聚光式太阳能系统中,熔盐被视为良好的储热材料,具有成本低、使用安全、低饱和蒸汽压等特点。合理改善其热物性可实现太阳能高效利用,掺杂纳米颗粒可提高熔盐的储热及传热性能。在之前工作中,采用高温静态熔融法将纳米氧化铝（Nano alumina,NA2）掺杂于太阳盐（SS,质量分数为60%的硝酸钠与质量分数为40%的硝酸钾的混合物）中,获得了具有较高比热容的纳米流体（NA2-SS,N2S）。在此基础上,采用相同方法将纳米石墨粉（GP）和NA2同时掺杂于SS中（NA2-GP-SS,N2GS）,利用差式扫描量热法和瞬态平面热源法对体系比热和导热进行测试。结果表明,优化样品为N2GS-4,比热容与原样SS相比提升21.79%,导热提升20.69%,在高温状态下具有较好的热稳定性。N2GS-4作为一种硝酸盐基纳米复合蓄热材料在热能存储系统中具有广阔的应用前景。