不同粒度和石墨含量对铜_镀铜石墨复合材料性能的影响_黎凯强

铜-石墨复合材料的制备 及其摩擦学性能研究

铜-石墨复合材料的制备及其摩擦学性能研究 【摘要】铜-石墨复合材料有良好的导电导热性、耐磨减磨性、耐烧蚀性等优点，其在电接触材料、摩擦减磨等领域中的应用潜力已引起了广泛的关注。因此，本文就现阶段铜-石墨复合材料的制备及其摩擦学性能进行了简略的评述，并对今后的研究方向进行了讨论。 【关键词】铜-石墨复合材料；制备；摩擦学性能1引言 载流摩擦副是指具有通过电流功能的摩擦副。载流摩擦副的正常失效以擦伤为主，同时还有磨粒磨损、腐蚀磨损及氧化磨损；非正常失效包括电烧蚀、冲击断裂、胶合等。随着对载流摩擦副使用条件的日益苛刻，传统材料已无法满足现在的要求，需要对材料进一步的改进[1]。 集良好的接触润滑性、高导电导热率、低的热膨胀系数、耐熔焊、耐磨和耐电弧烧蚀等特性于一身的铜-石墨复合材料，已被广泛的用于电接触材料、机械零件材料和摩擦减摩材料等领域中。然而铜和石墨即使在1000℃时润湿角也高达140°，所以只能机械互锁的铜/石墨界面的结合强度较低，成为了限制铜-石墨复合材料应用的瓶颈问题[2]。因此本文就近年来铜-石墨复合材料的制备方式和摩擦性能进行了较浅的研究。 2 铜-石墨复合材料的制备 铜-石墨材料的摩擦学性能，取决于铜基体的性能、石墨与铜的结合强度及石墨在磨损界面形成润滑膜的情况，因此复合材料组分的选择、实验条件的控制对复合材料的性能至关重要。 2.1机械合金化的铜-石墨复合材料 冉旭等[3]采用机械合金化后冷压成型和500℃放电等离子烧结（SPS）两种工艺分别制备了铜-石墨复合材料。XPS分析结果表明，相比于单一铜基，石墨的加入减少了材料对偶件的磨损和摩面间颗粒在磨损过程中的氧化。并且，石墨的含量能够显著的影响复合材料的摩擦磨损行为，原子分数为10%~31%的复合材料的摩擦系数和磨损率均随石墨含量的增加而明显下降，磨损也由无石墨时的粘着磨损转变为疲劳剥层磨损。此外，放电等离子烧结工艺制备的复合材料较加压成型工艺制备的复合材料有更好的耐磨减磨性能。摩擦系数和磨损率均随SPS 温度的升高呈现下降趋势，且犁沟的深度和宽度显著减少。 徐晓峰等[4]用电解铜粉和石墨粉经混合制备了Cu/5%石墨、Cu/10%石墨、Cu/15%石墨的铜-石墨复合材料。实验研究表明，石墨含量对摩擦因数和磨损率、载流磨损机制、载流效率和载流稳定性均有一定的影响作用。其中，随着摩擦速度的增加，每种复合材料的摩擦因数均呈增加的趋势，Cu/5%石墨复合材料的磨损率增加，其余两种材料的磨损率呈下降的趋势。此外，Cu/10%石墨复合材料

膨胀石墨综述

HUNAN UNIVERSITY 膨胀石墨制备 膨胀石墨制备 学生姓名：张成智 学生学号：B1513Z0359 学院名称：材料科学与工程学院 指导老师：陈刚 二〇一五年十一月 膨胀石墨制备工艺综述 摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。例如，旋转发动机顶点部分的滑

动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。 关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用 膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么这些都需要给一个明确的定义才行。天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。可膨胀石墨之所以能够膨胀是由于其层间的化合物受热分解产生大量的气体，这些气体受压产生很大的推力，而其碳层因受到该推力而向外膨胀， 图1 这个时候的膨化温度为起始膨化温度[3]。最早是德国科学家Schafautl发现可膨胀石墨。在1841年，他在浓硫酸和浓稍酸的混合液中加入石墨，将反应得到的

电化学法制备石墨烯及其导电特性

Vol.33高等学校化学学报No.82012年8月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1804~1808电化学法制备石墨烯及其导电特性 朱龙秀,李英芝,赵　昕,张清华 (东华大学材料科学与工程学院,纤维材料改性国家重点实验室,上海200051) 摘要　采用电化学方法将石墨层电解剥离,得到分散于电解质溶液的结构较为完整的石墨烯.用透射电子显微镜和拉曼光谱分析了石墨烯的形貌和结构,利用四探针法测定了石墨烯导电特性.实验数据和理论拟合结果表明,当100K

石墨表面镀铜对石墨_铜复合材料强度影响的研究

石墨表面镀铜对石墨-铜复合材料强度影响的研究 王文芳1,许少凡1,凤仪1、应美芳1,王成福1,顾家山2,储道葆2,成发华2, (1.合肥工业大学材料系,安徽合肥230009;2.安徽师范大学有机化学研究所,安徽芜湖241000) 摘　要:石墨与铜的界面结合及石墨在基体中的分布方式是影响石墨2铜基复合材料抗弯强度的重要因素。本文用镀铜石墨粉制备石墨2铜复合材料,并测定了材料的抗弯强度,对断口进行扫描分析。结果表明,石墨经镀铜处理后,使得石墨2铜复合材料抗弯曲强度显著提高。 关键词:石墨2铜复合材料;抗弯强度;镀铜石墨 中图分类号:T G115.5 文献标识码:A 文章编号:100123814(1999)0620028202 Research of the Effcts of Copper-coa ted Graph ite on the Strength of Graph ite-Copper M a tr ix Com posites WANG W e n2fa ng1,XU S ha o2fa n1,FENG YI1,YI N G M e i2fa ng1,WANG C he ng2Fu1, GU J ia2s ha n2,CHU D a o2ba o2,CHENG Fa2hua2 (1.H ef ei un iversity of T echnobgy;2.A uhu i N or m a l U n iversity) Abstract:T he in terface betw een graph ite and copper as w ell as distribu ted fo rm is a very i m po rtan t facto r to affect bending strength of graph ite2copper compo sites.In th is paper,the graph ite2copper compo sites m ade from copper2coated graph ite pow der are adop ted.T he bending strength is m easu red and the fractu re is analyzed.T he resu lts show that the bending strength of graph ite2copper compo sites is rem arkab ly increased after graph ite is coated copper. Key words:graph ite2Cu m atrix compo sites;bending strength;copper2coated graph ite 金属石墨复合材料以其具有高导电性,导热性和耐磨性,在新型功能材料领域受到广泛关注。但是,在石墨铜复合体中,石墨与铜两组分间互不相溶、不发生化学反应,并且它们的比重差大,使得用传统粉末冶金方法制备碳2铜复合材料存在着混料不均匀、界面结合强度低、复合材料的显微组织中金属难以连成网状等问题。因此,在将碳2铜复合材料用于电接触材料时,影响了构件的物理和力学性能,也使得其使用寿命难以提高。石墨粉末表面涂覆金属,是目前研究较多的一个课题[1,2],通过在石墨粉末表面涂覆金属,再与铜复合制备碳2铜复合材料的新工艺,能明显改善复合材料的组织,提高导电性能[3]。本文就石墨镀铜后对复合材料强度的影响进行了研究讨论。 1　复合材料的制备及性能测试 实验用石墨粉为上海胶体化工厂生产的试剂石墨粉(粒度小于30Λm),钢粉为粒度小于74Λm的高纯铜粉。将石墨表面进行化学镀铜,镀覆状况如图1所示。将镀铜后的石墨和铜粉进行还原处理,然后分别过筛,再经混合(质量分数比为镀铜石墨∶铜粉=15∶85)、压制、烧结后制备成石墨2铜基复合材料,图2所示。 试样抗弯强度的测试按国标GB1994.7280标准,在日本产岛津材料试验机上进行,加载方向平行于压制方向。在S2750型扫描电镜下观察弯曲断口形貌。 2　实验结果及分析 2.1　石墨镀铜后其复合材料硬度和抗弯强度的变化 一般来说,用粉末冶金方法制备的复合材料,其强度与烧结后的密度有一定关系,因此将在密度相近条件下,对复合材料的抗弯强度进行对比,结果如表1所示。在扫描电镜下观察到的弯曲断口形貌如图3所示 。 图1　镀铜石墨粉 图2　镀铜石墨2铜基复合材料 表1　石墨2铜复合材料的力学性能 　镀铜石墨2铜复合材料普通石墨2铜复合材料密度(g c m3)5.31125.16545.00675.46915.18205.1430抗弯强度(M Pa)56.2752.1654.0340.3130.9735.88 硬度(HR588 10)6561.55664.56157 2.2　分析和讨论 由表1可见,石墨经镀铜处理后,使石墨2铜复合材料的抗弯强度提高40%～60%,效果是非常显著的。而硬度基本没有变化。 由图3可见,镀铜石墨2铜复合材料和普通石墨2铜复合材料的断口形貌有较明显的差别。后者基本上 收稿日期:1999207209 基金项目:国家自然科学基金项目和安微省教委重点资助项目。 作者简介:王文芳(19582),女,湖南常德人,工程师,硕士。 — 8 2 —《热加工工艺》1999年第6期

石墨烯复合材料的研究及其应用

石墨烯复合材料的研究及其应用 任成，王小军，李永祥，王建龙，曹端林 摘要：石墨烯因其独特的结构和性能，成为物理化学和材料学界的研究热点。本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类，主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。 关键词：石墨烯；复合材料；纳米粒子；含能材料 Research and Application of Graphene composites ABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials. Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials 石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来，因其独特的结构和性能，颇受物理化学和材料学界的重视。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，是包括富勒烯、碳纳米管、石墨在内的碳的同素异形体的基本组成单元。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等[4-10]。与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合．从而获得具有优异性能的新型复合材料。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构，使其成为制备石墨烯和石墨烯复合材料的理想前驱体。本文综述了石墨烯复合材料的结构、分类及其在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。

石墨烯在复合材料中的应用

石墨烯在复合材料中的应用 龚欣 （东南大学机械工程学院南京211189） 摘要：介绍了石墨烯与有机高聚物、无机纳米粒子以及其它碳基材料的复合物，同时展望了这些材料在相关领域中的应用前景． 关键词：石墨烯纳米复合材料 2004年至今, 关于石墨烯的研究成果已在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文, 石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点．基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景．目前研究的石墨烯复合材料主要有石墨烯/聚合物复合材料和石墨烯/无机物复合材料两类，其制备方法主要有共混法、溶胶-凝胶法、插层法和原位聚合法.本文将对石墨烯的纳米复合材料及其性能等方面进行简要的综述． 一、基于石墨烯的复合物 利用石墨烯优良的特性与其它材料复合可赋予材料优异的性质．如利用石墨烯较强的机械性能，将其添加到高分子中，可以提高高分子材料的机械性能和导电性能；以石墨烯为载体负载纳米粒子，可以提高这些粒子在催化、传感器、超级电容器等领域中的应用． 1.1 石墨烯与高聚物的复合物 功能化后的石墨烯具有很好的溶液稳定性，适用于制备高性能聚合物复合材料．根据实验研究，如用异氰酸酯改性后的氧化石墨烯分散到聚苯乙烯中，还原处理后就可以得到石墨烯-聚苯乙烯高分子复合物．该复合物具有很好的导电性，添加体积分数为1%的石墨烯时，常温下该复合物的导电率可达0.1S/M，可在导电材料方面得到的应用． 添加石墨烯还可显著影响高聚物的其它性能，如玻璃化转变温度(Tg)、力学和电学性能等．例如在聚丙稀腈中添加质量分数约1%的功能化石墨烯，可使其Tg 提高40℃．在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中仅添加质量分数0.05%的石墨烯就可以将其Tg提高近30℃．添加石墨烯的PMMA比添加膨胀石墨和碳纳米管的PMMA具有更高的强度、模量以及导电率．在聚乙烯醇（PVA）和PMMA中添加质量分数0.6% 的功能化石墨烯后，其弹性模量和硬度有明显的增加．在聚苯胺中添加适量的氧化石墨烯所获得的聚苯胺-氧化石墨烯复合物的电容量（531F/g）比聚苯胺本身的电容量（约为216F/g）大1倍多，且具有较大的拉伸强度（12.6MPa）．这些性能为石墨烯-聚苯胺复合物在超级电容器方面的应用创造了条件． 石墨烯在高聚物中还可形成一定的有序结构．通过还原分散在Nafition膜中

石墨烯的制备及电化学性能研究

目录 摘要............................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................... I I 1 引言 (1) 1.1 石墨烯的制备 (2) 1.1.1 机械剥离法 (2) 1.1.2 电化学剥离法 (2) 1.1.3 化学气相沉积法 (3) 1.2 石墨烯电极材料的制备 (5) 1.3 石墨烯电极材料电化学性能测试 (5) 2 实验部分 (6) 2.1 实验试剂 (6) 2.2 实验仪器 (6) 2.3 RHAC和GQDs的制备 (6) 2.4 RHAC-GQDs的制备 (6) 2.5 电极制备和电池组装 (7) 3 结果和讨论 (8) 3.1 分析了RHAC的比表面积和孔隙结构 (8) 3.2 GQDs的拉曼光谱和荧光光谱分析 (8) 3.3 红外光谱分析 (8) 3.4 XRD分析 (8) 3.5 扫描电镜分析 (9) 3.6 循环伏安法测试分析 (9) 3.7 恒流充放电试验分析 (9) 3.8 电化学阻抗分析 (10) 4 结论与展望 (12) 4.1 结论 (12) 4.2 主要创新点 (12) 4.3 展望 (12) 参考文献 (13) 致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。

基于石墨烯的导电复合材料

基于石墨烯的导电复合材料进展 课程：聚合物结构与性能学生：张恩重学号：201110102626 自2004年英国曼彻斯特大学Geim教授首次制备出单层石墨烯[1]（graphene）以来，其独特的性质就引起了科学家们的广泛关注。石墨烯是单层碳原子紧密堆积而形成的炭质新材料，单层石墨烯是以二维晶体结构存在，厚度只有0.335nm，是目前世界上最薄的二维材料，它是构筑其它维度碳质材料的基本单元，可以包裹起来，形成零维的富勒烯，卷起来形成一维的碳纳米管，层层堆积形成三维石墨，如图1。石墨烯是一种没有能隙的半导体材料，具有比单晶硅高100倍左右的载流子迁移率（2×105cm（V·s））[2]在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，因此它是纳米电路的理想材料。另外，石墨烯还具有良好的导热性（导热率为5000W（m·K）[3]、高强度高达130GPa[4]、高透明度（对自然光的吸收率只有2.3%左右）和超大的比表面积（2630m2/g）[5]。由于石墨烯具有上述优异的性能，使其有望在微电子、能源、信息材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。 图1 2D结构的石墨烯片层演变成C60、碳纳米管和石墨的示意图 目前制约石墨烯和其复合材料发展的两个主要因素是：一、具有单层结构石

墨烯的大规模制备；二、石墨烯的可控功能化。本文将从聚合物复合导电材料、聚合物复合材料导电机理，石墨烯的制备和石墨烯聚合物复合导电材料的性能研究进展等方面介绍基于石墨烯的导电复合材料，并了解其未来研究领域。 导电高分子材料 近二十年，尤其导电高分子获得诺贝尔奖以来，导电高分子材料作为高分子材料发展的一个新领域，其研究与开发已成为功能高分子材料研究的一个重要方面。按导电机理的不同，导电高分子材料可以分为复合型和结构型两种：复合型导电高分子材料是利用向高分子材料中加入各种导电填料来实现其导电能力；结构型导电高分子材料是改变高分子结构使高分子自身具有导电性来实现其导电能力[6]。本文主要介绍以石墨烯为填料的复合型导电高分子材料。 复合型导电高分子材料 复合型导电高分子材料是指将各种导电填料和高分子材料通过不同的复合方法制备的具有导电功能的多相复合材料。这类材料既具有导电功能，同时又保持高分子材料的特点，并且成本较低，因而得到了广泛的应用。根据导电填料的不同它又可分为碳基材料填充型及金属材料填充型。 1、碳基材料填充型 碳基材料主要包括石墨烯、足球烯、碳纳米管、石墨。碳基材料填填充型导电材料是目前复合型导电材料中应用最广泛的一种，应用最多的碳基材料是石墨烯、碳纳米管和石墨，它的优点有以下几个方面：一、碳基材料填价格低廉，实用性强；二、碳基材料填能根据不同的导电要求有较大的选择余地；三是导电持久稳定[7]。 2、金属材料填充型 金属材料填充型复合导电材料的导电性能优良，比传统金属材料轻且易成型加工，是具有潜在优势的新型导电材料和屏蔽材料。近年来，金属纤维填充材料发展迅速。 复合型导电高分子材料的导电机理 复合型导电高分子材料导电性主要取决于填料的分散状态[8]。根据逾渗理论，原来孤立分散的填料微粒在体积分散达到某一临界含量以后就会形成连续的导

石墨烯修饰电极电化学性能

石墨烯修饰电极的电化学性能 石墨烯(Graphene>是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料,是构建零维富勒烯、一维碳纳M管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,在微纳电子器件、光电子器件、新型复合材料以及传感材料等方面有着广泛的应用前景,基于石墨烯的相关研究也成为目前电化学领域的热点研究领域之一。 本论文围绕石墨烯的不同修饰电极条件,结合电化学基础研究,开展了石墨烯及其相关的电化学性能研究。具体内容归纳如下: (1>将石墨烯与具有良好导电性能的聚苯胺(PANI>复合,研究了石墨烯/聚苯胺复合物修饰电极的电化学性能。利用石墨烯与聚苯胺之间电子给体与电子受体的相互作用,实现了聚苯胺在中性甚至强碱性溶液中的电化学活性,并利用红外光谱、拉曼光谱和紫外光谱进行了可能的机理探讨。石墨烯/聚苯胺复合物材料在中性溶液里的电化学活性,在生物传感领域具有可能的应用空间。同时,在不同pH溶液里的电化学活性也为石墨烯/聚苯胺复合物材料在pH传感中提供了可能的应用空间。 (2>将石墨烯与具有电绝缘性能的凡士林混合,研究了石墨烯/凡士林膜电极的电化学性能。循环伏安测试表明:采用10.0 mg/mL、5.0 mg/mL和1.0 mg/mL的石墨烯/凡士林修饰电极可以依次得到常规尺寸电极、亚微尺寸电极和微尺寸的纳M电极阵列,并且通过简单混合所制备的石墨烯/凡士林膜电极具有良好的电化学活性和稳定性。作为新型碳材料的膜电极,石墨烯/凡士林膜电极在基础电化学研究和应用中具有一定的潜在价值。 (3>将石墨烯组装在具有完全电绝缘性能的硫醇自组装膜电极上,研究了石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学性能。交流阻抗数据表明,随着组装时间的增加,石墨烯/硫醇自组装膜电极的电化学阻抗逐渐降低,表明石墨烯在硫醇自组装膜上是一个可控的组装过程。循环伏安测试还表明,石墨烯的组装时间是120 min和5 min时,可以分别得到常规尺寸和微尺寸纳M电极阵列的石墨烯/硫醇自组装膜电极,而且对抗坏血酸、多巴胺、尿酸具有较好的电催化活性。同时,为了探讨可能的实验机理,我们讨论了电子传递的可能原因以及影响自组装膜电极双电层结构的两个因素。结果表明随着硫醇中碳链长度的增加,电子传递速率逐渐降低,氧化还原峰电位的差值逐渐增大。不同碳材料的电子转移速率呈现为:石墨烯>多孔碳>石墨。这种采用简单而有效的方法制备的石墨烯/硫醇自组装膜电极,在电化学理论研究和实际应用中具有较好的前景。 超级电容器是一种绿色、新型的储能元件,因为其高效、无污染的优良特性,符合“低碳”经济的发展要求,受到了人们的高度重视。超级电容器的核心是电极材料。 新兴的石墨烯二维单层原子碳材料因具有大的比表面积、优异的导电性、高的机械强度,被认为是理想的超级电容器电极材料。化学方法制备的氧化石墨烯具有良好的成膜性,可用于制备“石墨烯纸”并进而应用于无支撑电极。 此外,氧化石墨烯上丰富的含氧官能团可用于锚定金属纳M粒子,形成石墨烯复合材料。本论文围绕石墨烯薄膜制备、修饰和电化学电容性质开展研究工作,发展了石墨烯/碳纳M管复合薄膜的溶液铸造制备方法,提出了水热还原制备石墨烯基复合薄膜的途径,并研究了所制备材料的电容性能,取得了以下的研究成果:1.利用氧化石墨烯良好的成膜性,通过溶液铸造方法,制备了氧化石墨烯薄膜和氧化石墨烯/碳纳M管复合薄膜。 然后通过200℃退火,得到了相应的石墨烯薄膜、石墨烯/碳纳M管薄膜。这种薄膜通过石墨烯层间相互作用结合,例如π-π堆积,以及范德华力等,因而能够在各种极性电解液中稳定存在。复合薄膜的比电容在70~110 F/g,并且因为其表面仍然存在着部分含氧官能团的作用,显示了一定的赝电容的特性,表明其作为超级电容器电极的潜质。2.通过抽虑法制备了氧化石墨烯/碳纳M管复合薄膜。在水热条件下,氧化石墨烯被水还原并实现自组装,重新构建成具有π-π堆积的网络状三维结

膨胀石墨综述

HUNAN UNIVERSITY 膨胀石墨制备 膨胀石墨制备 学生姓名：张成智 学生学号：B1513Z0359 学院名称：材料科学与工程学院 指导老师：陈刚 二〇一五年十一月

膨胀石墨制备工艺综述 摘要：随着近代生产向高速度、高参数发展，尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起，对材料的要求也越来越高。例如，旋转发动机顶点部分的滑动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等，都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。近年来实践证明，膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用，以及发展趋势。 关键词：膨胀石墨；机理；复合材料；应用 膨胀石墨，研究碳材料的同仁肯定不陌生，但是如何定义“膨胀”二字呢？能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢？可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分；可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质？可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称？还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内，石墨才具有膨胀性，为什么？这些都需要给一个明确的定义才行。天然石墨是层状结构如图1(a)所示，石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元，层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。天然石墨层间的范德华力非常微弱，所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间，有些可与层内电子发生局部化学反应[1]，形成层间化合物[（Graphite Intercalation Compound）简称GIC，图1(b)]。天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨，当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时，石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀，形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构，也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[（ Expanded Graphite）简称EG，图1(c)][2]。可膨胀石墨之所以能够膨胀是由于其层间的化合物受热分解产生大量的气体，这些气体受压产生很大的推力，而其碳层因受到该推力而向外膨胀，

氮掺杂石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能

第7卷第6期 413 中国科技论文CHINA SCIENCEPAPER 2012年6月 氮掺杂石墨烯作为锂离子电池负极材料 的电化学性能 高云雷，赵东林，白利忠，张霁明，孔 莹 （北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室，北京 100029） 摘 要：以天然石墨为原料，通过氧化、快速热膨胀和超声分散制备石墨烯。将氧化石墨与三聚氰胺在氮气下950 ℃反应合成氮掺杂石墨烯。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)等测试方法对氮掺杂石墨烯的形貌、结构进行分析。结果表明，该方法合成了薄层状氮掺杂石墨烯。 采用恒流充放电和循环伏安法等手段测试氮掺杂石墨烯、石墨烯和天然石墨作为锂离子电池负极材料的电化学性能，比较研究了三者用作锂离子电池负极材料的电化学性能，结果表明氮掺杂石墨烯负极材料具有优异的电化学能和独特的储锂机制。 关键词：氮掺杂石墨烯；石墨烯；锂离子电池；负极材料；电化学性能 中图分类号：O613.71；O646文献标志码：A 文章编号：2095－2783(2012)06－0413－5 Electrochemical performance of nitrogen-doped graphene as anode material for lithium ion batteries Gao Yunlei，Zhao Donglin，Bai Lizhong，Zhang Jiming，Kong Ying (Key Laboratory of Carbon Fiber and Functional Polymers, Ministry of Education, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract: Graphene sheets (GSs) have been prepared from natural flake graphite by oxidation, rapid expansion and ultrasonic treatment. Graphene oxide (GO) was further annealed at the presence of melamine at 950 ℃ and transferred into nitrogen-doped grapheme (N-GSs). The samples were characterized via scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Electrochemical performances of nitrogen-doped graphene, graphene and graphite as anode materials for lithium ion batteries were investigated using galvanostatic charge-discharge and cyclic voltammetry methods. It was found that the prepared N-GSs exhibited a relatively higher cycling stability and larger specific capacity compared with the pristine nature graphite and GSs. Cyclic voltammograms results indicate that the higher cycling stability may be associated with more structural defects during cycling. Key words: nitrogen-doped graphene；graphene；lithium ion batteries；anode material；electrochemical properties 收稿日期：2012-02-28 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50672004)；国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2008AA03Z513) 作者简介：高云雷(1986－)，男，硕士研究生，主要研究方向：锂离子电池负极材料 通信联系人：赵东林，教授，主要研究方向：新型炭材料及其应用，dlzhao@https://www.wendangku.net/doc/004152184.html,

柔性石墨增强密封材料的制备工艺_张宝杰

第11卷 第3期2006年6月 哈尔滨理工大学学报 J OURNAL HARB I N UN I V .SCI .&TEC H. Vo l 111N o 13 Jun.,2006 柔性石墨增强密封材料的制备工艺 张宝杰1 , 宋南哲2 , 杨雪彬3 , 许 霞1 , 张东伟 1 (1.哈尔滨工业大学市政环境学院,黑龙江哈尔滨150090;2.黑龙江省环境监测站黑龙江哈尔滨150056; 3.哈尔滨理工大学应用科学学院,黑龙江哈尔滨150080) 摘 要:柔性石墨密封材料具有良好的耐温、抗氧化、耐腐蚀性,并具有较好的压缩性能,是替 代石棉制品最好的密封材料.但其强度低、密封性及柔软性和回弹性差等致命缺点仍然制约着它的应用范围.利用正交设计的数理统计方法进行了配方的优化设计,得到制品的各项指标优异、硫含量低的柔性石墨复合增强密封材料,扩大了柔性石墨在密封领域的应用范围. 关键词:复合材料;增强密封材料;工艺研究 中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1007-2683(2006)03-0041-03 The Preparati o n Techni q ue of Non -ri g i d Graphit e Co mposit e Enhancing Sealing Mat erial Z HANG Bao -jie 1 , SONG N an-zhe 2 , YANG X ue -bin 3 , XU X ia 1 , Z HANG Dong-w ei 1 (1.S chool ofC i vil and Environm ent ,H arb i n I n stitute of Indu stry T echnology ,H arb i n 150090,Ch i na ; 2.H eilongji ang Prov i nce Environm en t a lM on itiri ng C en tral S t ati on,H arb i n 150056,C h i na ; 3.Appli ed Science College ,H arb i n Un i v .Sc.i Tech.,H arb i n 150080,C h i na) Abst ract :Non-rigid graph ite seali n g m ateri a l is of exce llent qualiti e s aga i n st h i g h te m perature ,oxygenation ,radiation,erosion as w e ll as a good elastic ity agai n st pressure ,w hich enable it to be the best substitute for asbestos as sealing m ateria.l Bu t it is of so m e fata l faulties like poor strength ,poor sealing effec,t poor bendab ility and poor elasticity as w e l.l I n th i s paper ,usi n g i n tersecti n g and o t h er m athe m atica l statistica l m ethods ,experi m en tal re -search on opti m izi n g prescri p ti o n design and preparation technical condition w as m ade and high-standard non -rig i d graph ite co m posite enhanc i n g seali n g m ater i a lw as produced .The product is of al-l i n dex ex ce llence and w ith lo w su l p hur conten,t w h i c h m akes t h e exten t o f app l y i n g non -rig i d graphite in sea li n g area ex tended greatly . K ey w ords :non -r i g i d g raphite ,h i g h-standar d ;co m posite enhance m en;t preparation techn i q ue 收稿日期:2006-04-20 基金项目:黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10541060)作者简介:张宝杰(1967-),男,哈尔滨工业大学副教授. 随着现代技术和超导技术等高新工业技术的发展,传统的石棉类密封材料在性能上已不能适应高新技术工业对工程密封材料越来越高的需要.国际上近年来逐渐发展起来,并使用的柔性石墨密封材料,虽因其具有较好的密封优点,在一些密封领域取代了石棉类密封材料,但柔性石墨材料由于密度低,比表面积大,流动性差,易碎,不便 冲压等缺点,仍然制约着它在高新技术中的应用范围.同时,由于柔性石墨是有空隙的材料,它的表面可以吸收一定量的水或油,致使连接面有粘结性,若直接用它作为密封材料,要做到紧密密封是比较困难的.再者,柔性石墨是由石墨蠕虫组成的,若不用粘结剂,材料内部的结合仅靠机械的咬合力成型,其强度低、耐磨性差、不抗冲刷.试验研

电化学法制备石墨烯

电化学法制备石墨烯 石墨烯（Graphene，GN）是由sp2杂化C原子组成的具有蜂窝状六边形结构的二维平面晶体。石墨烯独特的结构特征使其具有优异的物理、化学和机械等性能，在晶体管太阳能电池传感器、锂离子电池、超级电容器、导热散热材料、电发热膜、场发射和催化剂载体等领域有着良好的应用前景。石墨烯的制备方法对其品质和性能有很大影响，低成本、高品质、大批量的制备技术是石墨烯能得到广泛应用的关键。现有制备石墨烯的方法有很多，包括机械剥离石墨法、液相剥离法、溶剂热合成法、化学气相沉积法、外延生长法和电化学法等。其中，电化学方法因其成本低、操作简单、对环境友好、条件温和等优点而越来越受到人们的关注。据最新研究报道，通过电化学方法制备的石墨烯可以达到克量级，这为石墨烯的工业化生产带来了曙光。 电化学制备技术则是通过电流作用进行物质的氧化或还原，不需要使用氧化剂或还原剂而达到制备与提纯材料的目的，具有生产工艺简单、成本低、清洁环保等优点，已在冶金、有机与聚合物合成、无机材料制备等方面得到广泛应用。而且通过电化学电场作用，可以实现外在电解液离子（分子）对一些层状材料的插入，如锂离子电池石墨负极充电时就是锂离子在石墨层间的插入及石墨层间化合物的电化学制备。根据电化学原理主要有两种路线制备石墨。 1、通过电化学氧化石墨电极可得氧化石墨烯，再通过电化学还原以实 现电化学或化学氧化的氧化石墨烯的还原而得到石墨烯材料。 2、采用类似液相剥离，但施以电场力作用驱动电解液分子以电化学方式直接对石墨阴极进行插层，使石墨层间距变大，层间范德华力变弱，以非氧化方式直接对石墨片层进行电化学剥离制备得到石墨烯。 电化学法制备石墨烯的优势主要为：1）与普通化学氧化还原法相比，不需要用到强氧化剂、强还原剂及有毒试剂，成本低，清洁环保；2）通过电化学方式，在氧化时可以更多地以离子插入方式剥离而减少氧化程度降低对石墨烯结构的破坏，电化学还原时则能更彻底还原，因此制得的石墨烯具有更好的物理化学性质；3）以石墨工作电极为阴极进行非氧化直接剥离时，石墨片层结构没有受到破坏，可以得到与液相或机械剥离法一样高品质的石墨烯片，但因为电化学的强电场作用，比单纯的溶剂表面作用力或超声作用力要大得多，剥离的效率更高，与液相或机械剥离法相比，电化学剥离易实现高品质石墨烯批量制备；4）电化学制备过程中，电流与电压很容易精确控制，因此容易实现石墨烯的可控制备与性能调控，而且电化学法工艺过程与设备简单，容易操作控制；5）与CVD 及有机合成法相比，电化学法采用石墨为原料，我国石墨产量居世界前列，原料丰富成本低廉，不需要用到烯类等需大量进口的高价石化原料。 一、石墨阳极氧化剥离制备石墨烯 阳极氧化剥离制备石墨烯就是将石墨作为阳极，电源在工作时电解质中的阴离子向阳极移，进而进入阳极石墨导致石墨被插层而体积膨胀，当阳极石墨的体积增加到一定程度时，就会由于层间范德华作用力的减小而最终从块体上脱落下来，形成层状具有一定含氧官能团的石墨烯或氧化石墨烯（包括单层和2~10层的少层氧化石墨烯）。石墨由于电化学氧化和酸性阴离子的插层导致表面体积剧烈膨胀，这种现象在很早之前就有报道。近年来提出了电化学法阳极氧化石墨制备石墨烯的机理，在进行电化学反应时电解液中的阴离子会向阳极迁移，由于石