石墨烯基仿贝壳层状材料的研究进展

合集下载

贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展

贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展一、本文概述贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的复合材料，以其卓越的力学性能和生物活性引起了广大研究者的关注。

其独特的“砖-泥”结构，即硬质的碳酸钙片层与有机基质的交替堆叠，使得贝壳珍珠层在硬度和韧性之间达到了出色的平衡。

近年来，随着材料科学的快速发展，贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展日益显著，为新型高性能材料的开发提供了丰富的灵感和可能。

本文旨在对贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展进行全面的概述和深入的分析。

我们将回顾贝壳珍珠层的基本结构和性能特点，以理解其优异性能的来源。

随后，我们将重点介绍在仿生材料制备技术方面的最新进展，包括模板法、自组装、生物矿化等方法，并探讨这些技术在模拟贝壳珍珠层结构中的应用。

我们还将关注贝壳珍珠层及其仿生材料在多个领域，如生物医学、航空航天、环境保护等方面的潜在应用，并展望其未来的发展方向。

通过本文的阐述，我们希望能够为相关领域的研究者提供一个全面而深入的了解，为推动贝壳珍珠层及其仿生材料的研究和应用提供有益的参考。

二、贝壳珍珠层的结构与性质贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的生物矿化产物，其独特的结构和性质一直是科学家们研究的热点。

其结构主要由文石晶体和有机基质交替堆叠形成，这种有序的层状结构赋予了贝壳珍珠层出色的力学性能和韧性。

在微观尺度上，贝壳珍珠层的文石晶体呈现出特殊的取向和排列方式，这种排列方式能够有效地分散和承受外部应力，从而提高其整体强度。

有机基质在文石晶体之间起到桥梁和连接作用，通过化学键合和物理缠结，使晶体之间的结合更加紧密和稳定。

贝壳珍珠层的性质也因其独特的结构而表现出色。

其硬度较高，能够有效地抵抗外界压力和磨损。

贝壳珍珠层具有较高的断裂韧性和抗冲击性能，这得益于其层状结构和有机基质的协同作用。

贝壳珍珠层还具有良好的光学性能，如光泽度和透明度，使其具有独特的观赏价值。

近年来，随着纳米技术和生物矿化研究的深入，人们对贝壳珍珠层的结构和性质有了更深入的理解。

石墨烯应变结构的研究取得重要进展

石墨烯应变结构的研究取得重要进展北京师范大学物理学系何林老师的研究团队长期致力于通过晶格对称性破缺来调控石墨烯的能带结构和电学性质。

近几年，他们在两种典型的具有晶格对称性破缺结构（即石墨烯应变结构和双层有转角石墨烯体系）的研究中取得了一系列重要的创新成果，在相关体系中实现了一系列新奇量子态的探测与调控。

最近，何林老师指导博士生白珂珂等人与北京大学化学学院的刘忠范/彭海琳教授指导的博士生周喻合作，在应变石墨烯的结构及其电学性质研究上又取得了重要进展。

他们利用本课题组的扫描隧道显微镜（STM）对生长在Cu箔上的马赛克石墨烯（局域氮参杂石墨烯）进行了系统测量，发现该样品上能实现周期为几个纳米到几十纳米的准一维周期性褶皱（如图1），这些准一维褶皱的长度大约在400纳米到一微米之间。

根据经典薄膜理论，在石墨烯中实现周期为纳米量级的褶皱，需要将石墨烯的尺寸缩小到10个纳米以下。

而在如此小尺寸的石墨烯上要施加一个应力使其产生周期的应变结构远远超过了当前技术的极限，这一传统认识一直制约着人们对石墨烯应变结构的进一步深入研究。

何林老师指出他们在石墨烯中实现的纳米尺度的准一维周期性褶皱超出了经典薄膜理论的描述。

在经典薄膜理论中，具有一定厚度的薄膜在弯曲时存在一个中性面，中性面上的原子间距在薄膜弯曲时即不会被拉伸又不会被压缩，而中性面以外的原子在薄膜弯曲时原子间距不是被拉伸就是被压缩，从而产生一个弯曲能阻碍薄膜的进一步弯曲。

但是石墨烯是一种非常特殊的薄膜体系：它只有一层原子厚。

这一特性导致石墨烯弯曲时几乎没有阻力（只需要考虑最近邻碳原子π轨道杂化对体系能量的细微影响），因此该体系中纳米尺度的褶皱不再符合经典薄膜理论的描述，所以在实验上能实现波长仅为几个纳米但长度达到400纳米到一微米之间的准一维周期性褶皱（如图1）。

另外，该课题组的实验结果还表明周期性的褶皱会在石墨烯中引入一个周期性的电势，在其能带结构上产生超晶格Dirac点，并可以在石墨烯中打开一个130 meV的带隙。

我国科学家仿贝壳研制出“超强韧”绿色材料

BiVO4半导体因具有2.4电子伏特的合适带隙宽度、良好的光吸收性能以及适合的低电位下进行水氧化的导带位置，成为太阳能光电催化制氢领域的重要材料之一。

然而，BiVO4材料的电子与空穴相复合，严重影响了光生电荷传输，使其太阳能光电催化性能低于理论值；同时，也由于光腐蚀，使其无法适用长期光解水反应。

通常的解决办法是采用表面助催化剂修饰，提高半导体电荷分离效率，抑制电荷二次复合，加速表面反应动力学。

科研团队通过改善材料制备工艺以及恒电位光极化测试方法，有效提高了BiVO4活性及稳定性。

研究表明，无表面助催化剂修饰下的BiVO4在间歇性测试下，可以达到100小时的稳定性，表现出超强的“自愈”特性。

电化学测试显示，半导体表界面产生的钝化层和氧空位协助作用，有效减小了半导体电子与空穴复合，提高了表面水氧化动力学，从而抑制了光腐蚀。

中美学者发现可快速充电的锂离子电池材料中国科学技术大学9月9日消息，该校季恒星教授联合美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等在锂离子电池领域取得重要进展——将黑磷复合材料做成电极片。

实验室数据显示，该电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量。

这一研究成果9月9日发表在国际著名学术期刊《科学》(Science)上。

据科研人员介绍，传统燃油汽车仅需五分钟即可满油增程500公里，而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电约一小时才能达到同样的增程效果。

发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池成为业界重要目标。

电极材料是决定电池性能指标的关键因素之一。

季恒星课题组研究发现，黑磷用作碱金属离子电池负极具有极高的质量容量，但容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏。

科研人员采用高能球磨的办法获得了黑磷纳米片与石墨纳米片并肩平行排列的一种复合材料，使锂离子能够在这种复合材料内高效穿梭。

论文第一作者金洪昌博士表示，能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键。

“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。

一种利用贝壳或蛋壳废弃物制备的石墨烯及其制备方法和应用[发明专利]

专利名称：一种利用贝壳或蛋壳废弃物制备的石墨烯及其制备方法和应用
专利类型：发明专利
发明人：王黎东,费维栋,苑亦男,刘兆远
申请号：CN201710797253.X
申请日：20170906
公开号：CN109455699A
公开日：
20190312
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种利用贝壳或蛋壳废弃物制备的石墨烯及其制备方法和应用，属于化工合成技术领域。

所述方法将贝壳粉或蛋壳和还原剂粉体按照质量比为0.5～5：1混合，得到混合粉体；将所述混合粉体在气氛条件下进行燃烧合成反应，得到粗产物粉体；将粗产物粉体经过酸洗、过滤、水洗后得到石墨烯。

所述方法成功制备工业价值大的石墨烯，贝壳或蛋壳价格便宜，降低了工业合成石墨烯的生产成本，大大提高了贝壳和蛋壳利用的附加值，使贝壳或蛋壳变废为宝，同时减少了因处理贝壳和蛋壳带来的环境污染，而且设备和操作较简单，易于进行批量化生产。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：北京高沃律师事务所
代理人：刘奇
更多信息请下载全文后查看。

氧化石墨烯基仿贝壳珍珠母层状材料的制备及性能研究

氧化石墨烯基仿贝壳珍珠母层状材料的制备及性能研究氧化石墨烯基仿贝壳珍珠母层状材料的制备及性能研究珍珠母层状结构具有极高的层间孔隙率和大的比表面积，因此在材料科学领域具有广泛应用。

而石墨烯以其独特的二维结构和卓越的力学性能，成为近年来研究的热点材料之一。

而将石墨烯与珍珠母层状结构相结合，可进一步拓展其应用领域。

本文主要研究氧化石墨烯基仿贝壳珍珠母层状材料的制备工艺以及其性能研究。

首先，我们采用机械剥离法制备石墨烯。

将天然石墨块置于橡皮布上，然后用一定力度的压力进行剥离，使得石墨层不断剥离为单层石墨烯。

然后，将得到的石墨烯片通过化学氧化处理，使其表面富含氧官能团，从而提高其亲水性和活性。

接下来，将氧化石墨烯与珍珠母层状材料进行混合，通过涂布、滚压等工艺，使得石墨烯均匀地包覆在珍珠母层状材料表面。

最后，通过高温还原处理，使得氧化石墨烯还原为石墨烯，并与珍珠母层状材料牢固结合。

在制备完成后，对所得材料进行了一系列性能测试。

首先，使用扫描电子显微镜观察材料的表面形貌，结果表明石墨烯均匀地包覆在珍珠母层状材料表面，形成了复合结构。

同时，进行了X射线衍射测试，结果表明珍珠母层状结构的层状间隙得到了很好的保留。

接下来，进行了比表面积和孔隙率测试，结果显示该复合材料具有较大的比表面积和孔隙率，说明其具有良好的吸附能力和储存能力。

此外，还对材料的力学性能进行了测试，结果显示该复合材料具有较高的抗弯强度和抗压强度，显示出了石墨烯的加固效应。

此外，对复合材料的电化学性能进行了研究。

首先进行了循环伏安测试和电化学阻抗谱测试。

结果显示该复合材料具有较大的电容，表现出优异的电化学性能。

同时，进行了电化学储能性能测试，结果显示该复合材料具有较高的充放电效率和循环稳定性，显示出了石墨烯对其电化学性能的提升作用。

综上所述，本文通过将石墨烯与珍珠母层状结构相结合，制备了氧化石墨烯基仿贝壳珍珠母层状材料，并对其进行了一系列性能测试。

结果表明，所得材料具有较大的比表面积和孔隙率，具有良好的吸附能力和储存能力；同时具有较高的抗弯强度和抗压强度；此外，还具有优异的电化学性能。

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》一、引言在自然界的诸多奇妙设计中，贝壳以其坚固、强韧的特性受到了广大科学家的关注。

尤其是其内部的珍珠层结构，这种多层堆叠的生物材料不仅具有出色的力学性能，还具有优异的耐磨损和抗冲击性能。

因此，仿贝壳珍珠层材料的设计与制造成为了材料科学领域的重要研究方向。

本文旨在研究仿贝壳珍珠层材料的内部结构和界面设计，以及其强韧化设计的优化调控机制。

二、仿贝壳珍珠层材料的内部结构设计仿贝壳珍珠层材料的设计主要基于其独特的层状结构和纳米级微观结构。

这种结构由纳米级的生物矿物和有机基质交替堆叠而成，具有较高的强度和韧性。

在仿生设计中，我们首先模拟这种层状结构，采用类似的方法在人造材料中构建多层堆叠的结构。

通过优化每层的厚度、组成和堆叠方式，可以实现对材料性能的调控。

三、界面设计与强韧化策略在仿贝壳珍珠层材料中，界面设计是提高材料性能的关键因素之一。

界面是材料中不同组分之间的连接区域，其性质对材料的整体性能有着重要影响。

在强韧化设计中，我们通过优化界面结构，如引入具有高粘附性的有机基质、控制界面间的化学键合等手段，提高材料的界面强度和韧性。

此外，我们还可以通过引入纳米级增强相，如纳米颗粒、纳米纤维等，进一步增强材料的力学性能。

四、优化调控机制为了实现仿贝壳珍珠层材料的强韧化设计，我们需要建立一套有效的优化调控机制。

首先，通过对材料组分的设计和优化，如调整无机矿物和有机基质的比例、选择合适的增强相等，可以实现对材料性能的初步调控。

其次，通过控制材料的制备工艺，如热处理、压力处理等手段，可以进一步优化材料的结构和性能。

最后，通过对材料进行力学性能测试和耐磨损、抗冲击等性能测试，我们可以评估材料的性能表现，并根据测试结果对设计和制备工艺进行优化。

五、实验与结果分析为了验证上述设计理念和优化调控机制的有效性，我们进行了一系列实验。

通过模拟自然界的生物矿化过程，我们成功制备了具有类似贝壳珍珠层结构的仿生材料。

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》篇一一、引言随着科技的发展和人们对材料性能的不断追求，仿生材料已成为当前材料科学研究领域的一大热点。

其中，仿贝壳珍珠层材料以其独特的层次结构和出色的力学性能，成为了研究的重点。

贝壳珍珠层结构以其出色的强韧性和优异的抗冲击性能吸引了众多研究者的关注。

本文旨在研究仿贝壳珍珠层材料的内部结构和界面强韧化设计，并探讨其优化调控机制。

二、仿贝壳珍珠层材料的内部结构特点贝壳珍珠层结构是一种由天然珍珠质通过层状堆积形成的复合材料，其结构具有明显的层次性。

每一层珍珠质由纳米级的片状结构组成，这些片状结构之间通过非共价键等相互作用紧密连接，形成了一种特殊的界面结构。

这种结构赋予了贝壳珍珠层优异的力学性能和韧性。

三、仿贝壳珍珠层材料的强韧化设计仿贝壳珍珠层材料的强韧化设计主要从两个方面进行：一是模拟贝壳珍珠层的层次结构；二是通过引入特定的界面相互作用来提高材料的性能。

在仿生设计中，我们可以采用纳米片状结构模拟珍珠层的片状结构，并通过特定的制备工艺使这些纳米片在空间上形成类似珍珠层的层次结构。

此外，我们还可以通过引入特定的化学键或物理相互作用来增强纳米片之间的界面相互作用，从而提高材料的强韧性和抗冲击性能。

四、仿贝壳珍珠层材料的界面优化调控机制仿贝壳珍珠层材料的界面优化调控机制主要包括两个方面：一是通过改变纳米片的尺寸、形状和排列方式来优化界面结构；二是通过引入特定的添加剂或改变制备工艺来调控界面相互作用。

在界面优化过程中，我们需要考虑材料的力学性能、韧性、抗冲击性能等多方面的因素，以达到最佳的界面优化效果。

五、优化调控机制的实验研究为了验证上述理论，我们进行了一系列实验研究。

首先，我们通过改变纳米片的尺寸、形状和排列方式，成功制备出了具有不同层次结构的仿贝壳珍珠层材料。

通过对这些材料的力学性能进行测试，我们发现优化后的材料具有更高的强韧性和抗冲击性能。

此外，我们还通过引入特定的添加剂和改变制备工艺来调控界面相互作用，进一步提高了材料的性能。

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》范文

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》篇一一、引言随着科技的发展和人们对材料性能的不断追求，仿生材料已成为现代科学研究的前沿领域。

贝壳的珍珠层因其卓越的力学性能、高韧性以及优良的抗冲击性等特性，成为了众多科研人员研究的对象。

本文旨在探讨仿贝壳珍珠层材料的内部结构和界面设计，以及其强韧化设计的优化调控机制。

二、仿贝壳珍珠层材料内部结构设计贝壳的珍珠层是一种独特的层次结构，其以无机矿物质和有机质构成的复杂结构为其提供了优异的力学性能。

仿贝壳珍珠层材料的内部结构设计应借鉴这一特点，采用多层、多尺度、多相的结构设计。

首先，我们需要在微观尺度上设计类似贝壳的多层结构。

每层都由有机质和无机矿物质交替组成，这样的设计不仅可以增强材料的强度，还可以提高其韧性。

此外，在每层中引入纳米级的孔洞和微裂纹，可以进一步增强材料的韧性。

其次，在纳米尺度上，我们应考虑通过特殊的处理方式使有机质和无机矿物质在纳米级别上相互结合。

例如，可以采用原子级水平的修饰技术来提高它们之间的结合强度，从而实现更好的整体强度。

三、仿贝壳珍珠层材料界面设计界面是材料中非常重要的部分，它决定了材料的性能和稳定性。

在仿贝壳珍珠层材料中，界面设计应考虑到其与内部结构的协调性以及与外部环境的适应性。

首先，界面应具有良好的粘附性，以保证与内部结构的紧密结合。

这可以通过引入具有高粘附性的有机分子或使用特殊的界面处理方法来实现。

其次，界面应具有一定的自修复能力。

当材料受到损伤时，界面能够自我修复，恢复其原有的性能。

这可以通过在界面中引入具有自修复功能的有机分子或利用特殊的物理效应（如光热效应）来实现。

四、强韧化设计的优化调控机制为了进一步提高仿贝壳珍珠层材料的性能，我们需要对强韧化设计的优化调控机制进行深入研究。

这包括对材料制备工艺、成分设计以及环境因素的全面考虑。

首先，我们可以通过优化制备工艺来改善材料的性能。

例如，通过精确控制温度、压力、时间等参数来调节材料的制备过程，使其形成更加完美的内部结构和界面结构。

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》一、引言仿贝壳珍珠层材料因其独特的层状结构和出色的力学性能，已成为现代材料科学领域的研究热点。

该材料不仅具有优良的韧性、强度和硬度，而且具有较高的耐腐蚀性和耐磨性。

通过对仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制的研究，可以为设计和制备新型高性能复合材料提供重要的理论依据和技术支持。

本文将就仿贝壳珍珠层材料的内部结构和界面设计，以及其强韧化设计和优化调控机制进行详细阐述。

二、仿贝壳珍珠层材料的内部结构仿贝壳珍珠层材料具有典型的层状结构，由无机矿物相和有机基质相交替排列组成。

其中，无机矿物相通常为碳酸钙晶体，而有机基质相则主要由蛋白质和多糖等生物大分子组成。

这种特殊的层状结构赋予了仿贝壳珍珠层材料独特的力学性能和优良的耐久性。

三、界面设计界面设计是仿贝壳珍珠层材料强韧化设计的关键环节。

通过优化无机矿物相与有机基质相之间的界面结构，可以提高材料的整体性能。

在界面设计中，需要考虑以下几个方面：1. 界面粘结力：通过改善无机矿物相与有机基质相之间的相互作用，提高界面粘结力，从而增强材料的整体强度和韧性。

2. 界面微观结构：通过控制无机矿物相的尺寸、形状和分布，以及有机基质相的分子链长度、交联度等因素，优化界面微观结构，提高材料的力学性能。

3. 界面取向：考虑界面取向对材料性能的影响，通过调整无机矿物相和有机基质相的排列方式，实现各向异性的界面设计。

四、强韧化设计强韧化设计是提高仿贝壳珍珠层材料性能的重要手段。

通过引入纳米材料、高分子材料等增强体，以及优化材料的制备工艺，可以实现材料的强韧化设计。

具体措施包括：1. 纳米增强体：将纳米级无机颗粒或纤维引入材料中，利用其优异的力学性能和纳米效应，提高材料的强度和韧性。

2. 高分子增强体：通过与有机基质相形成共价键或氢键等相互作用，提高材料的整体性能。

3. 制备工艺优化：通过控制材料的制备过程中的温度、压力、时间等因素，以及采用先进的制备技术，如溶胶-凝胶法、原位聚合法等，实现材料的强韧化设计。

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》范文

《仿贝壳珍珠层材料内部结构和界面的强韧化设计及其优化调控机制》篇一一、引言随着科技的发展和人们对材料性能的不断追求，仿生材料已成为当前材料科学研究的重要方向。

其中，贝壳珍珠层以其独特的层状结构和优异的力学性能，为材料科学提供了重要的灵感。

本文旨在研究仿贝壳珍珠层材料的内部结构和界面设计，以及其强韧化设计的优化调控机制。

二、仿贝壳珍珠层材料的内部结构贝壳珍珠层具有独特的层状结构，其由薄而坚硬的片状矿物质（文石）和有机质（角质蛋白）交错组成。

这种结构使得贝壳具有出色的力学性能，如高强度、高韧性和良好的抗冲击性。

在仿贝壳珍珠层材料的设计中，我们应借鉴这种层状结构，以实现材料的强韧化。

在仿生材料设计中，我们采用纳米技术，模拟贝壳的层状结构，构建出具有类似结构的复合材料。

这种材料由纳米级的无机颗粒和有机聚合物基体组成，通过控制无机颗粒的形状、大小和分布，以及有机聚合物基体的性质，可以实现对材料性能的调控。

三、界面设计与强韧化设计界面是仿贝壳珍珠层材料的重要组成部分，它连接着材料的各个部分，对材料的整体性能起着至关重要的作用。

在界面设计中，我们应考虑如何提高界面的粘结强度和稳定性，以增强材料的整体性能。

为了实现强韧化设计，我们采用梯度结构设计。

在材料的内部，从表层到内层，无机颗粒的含量和分布逐渐变化，形成一种梯度分布。

这种梯度结构不仅可以提高材料的力学性能，还可以增强材料的抗冲击性和耐疲劳性。

四、优化调控机制为了实现仿贝壳珍珠层材料的性能优化，我们需要建立一套有效的调控机制。

这包括对材料组成、结构、界面和性能的全面分析和优化。

首先，通过对无机颗粒的形状、大小和分布进行优化，可以改善材料的力学性能。

其次，通过调整有机聚合物基体的性质，可以改善界面的粘结强度和稳定性。

此外，我们还可以通过控制材料的制备工艺，如温度、压力和时间等参数，来实现对材料性能的调控。

同时，我们还需要对材料进行性能测试和评估，以验证我们的设计和优化是否达到了预期的效果。

氧化石墨烯-碳纳米管交错叠层仿生贝壳材料的力学行为研究

氧化石墨烯-碳纳米管交错叠层仿生贝壳材料的力学行为研究随着时代的发展和科学技术的进步,轻质材料对于节能减排和降低运营成本有着越来越重要的作用,并成为航空航天、军事和交通等许多先进领域的关键因素之一。

最近,研究人员通过模仿马蹄、螳螂虾、鸟类头骨等天然生物材料的内部微观结构,构建出了一些具有高强度和高韧性的轻质仿生复合材料。

例如,贝壳结构是一种具有优异的拉伸强度和断裂韧性的轻质材料,它是仅由硬质相(例如矿物文石,95%体积)和少量软质相(例如生物聚合物,5%体积)组成的“砖-泥”叠层结构材料。

研究人员通过模仿这种“砖-泥”结构激发了制备高性能仿生复合材料的创意和方法。

这种“‘砖-泥’交错叠层仿生贝壳复合材料”,由于其内部特殊的微观结构,让其拥有轻质量的同时也拥有优异的力学性能。

为很多高精尖领域的发展提供了材料设计的重要参考,也为多个新型科技领域的创新提供可能性。

本文工作的灵感来源于天然贝壳中层状文石微片层/几丁质纳米纤维——天然贝壳珍珠质的蛋白质结构。

利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),之后采用蒸发自组装法通过调节氧化石墨烯的片层之间的距离,来获得具有不同微观结构的仿生贝壳结构,并将制备好的材料进行拉伸试验,得到了其在外部载荷作用下的力学行为及相应的强度和和韧性特性。

通过扫描电子显微镜对其断面进行表征,观察其破坏面的微观形貌。

最后采用ABAQUS有限元数值模拟软件,根据“张剪链理论”得到了简化的贝壳结构模型来模拟材料在拉升加载下的力学行为,观察材料内部的应力分布和缺陷附近的应力集中问题。

通过研究发现,优化的微观结构可以改善材料内部正应力和剪应力的分布,合理地优化材料内部的微观结构可以有效的提高其整体的宏观力学性能。

对于复合材料来说,界面结合对材料的整体力学性能也具有极其重要的影响。

因此,在前期工作基础上,本文在原有材料体系中设计了三种添加碳纳米管(CNTs)材料的方案,获得了三种具有不同GOCNTs复合程度的异质结构。

石墨烯功能化及宏观组装仿贝壳纤维

石墨烯功能化及宏观组装仿贝壳纤维石墨烯具有一系列优异的力学、电学、热学等性能,为其提供了广阔的应用前景。

目前石墨烯的研究已经取得了诸多进展,无论是在功能化石墨烯、复合材料,还是在石墨烯宏观组装材料领域已有大量的研究工作报道。

然而,仍然存在一些尚未解决的难题：1)如何制备高浓度单片分散的功能化石墨烯；2)石墨烯基宏观有序复合材料的连续化制备；3)高含量石墨烯有序复合材料的简便组装方法。

针对这些难题,本文开展了相应研究,取得主要结果如下：1、多羟基超支化聚缩水甘油醚(HPG)和氧化石墨烯一步反应,制备了超支化聚合物功能化石墨烯。

所得“三明治”状石墨烯杂化体在极性溶剂中具有非常好的单片分散性。

随HPG分子量增大,功能化石墨烯中HPG含量和羟基密度会逐渐增加,当HPG分子量为125.8k时,羟基密度最高(7.75mmol/g)。

功能化石墨烯表面的大量羟基使其可作为反应平台,通过进一步改性得到长链烷基功能化石墨烯和Pt纳米粒子功能化石墨烯,后者可用作催化剂,如可高效催化对硝基苯酚的模型还原过程。

2、发现并确认了HPG功能化石墨烯液晶有序结构,通过湿纺组装方法实现了石墨烯基仿贝壳纤维的连续制备。

“三明治”状石墨烯杂化体具有高度可溶性,在高浓度下自发形成液晶有序织构,通过湿纺组装技术能有效地将溶液中的有序结构转移到固体纤维中,得到具有规整“砖-灰”层状结构的连续仿贝壳纤维,实现了石墨烯宏观有序复合材料的连续化制备。

在规整的层状结构中,HPG有序的氢键阵列增强了石墨烯层间作用力,为仿贝壳复合纤维提供了较高的断裂强度(125 MPa),引入离子交联可进一步提高至145MPa。

这种规整结构还使得仿贝壳纤维具有良好的耐化学腐蚀性,在1M盐酸、1M氢氧化钠溶液或饱和DMF/LiCl溶液中浸泡3天后其强度没有明显下降。

3、提出简便的“液晶自模板”法制备连续高强仿贝壳纤维。

即在氧化石墨烯液晶“主体”模板中加入“客体”分子HPG,通过湿纺组装得到具有仿贝壳“砖-灰”层状结构的高强纤维。

浙大研制出仿贝壳纤维材料

浙大研制出仿贝壳纤维材料
佚名
【期刊名称】《杭州化工》
【年(卷),期】2012(42)4
【摘要】最近，浙江大学高分子系的研究团队以石墨烯和一些有机高分子材料为原料，研制出一种仿贝壳结构新型纤维。

【总页数】1页(P40-40)
【关键词】纤维材料;有机高分子材料;贝壳;浙江大学;新型纤维;石墨
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.8
【相关文献】
1.棉价高，超仿棉或引领风骚--仪征化纤研制出“超仿棉”短纤维 [J], 马亮
2.我国科学家仿贝壳研制出“超强韧”绿色材料 [J],
3.浙大学者仿北极熊毛研制出“热隐身”织物 [J],
4.研制出仿北极熊毛纤维材料 [J],
5.浙大学者仿北极熊毛研制出“热隐身”织物 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。