石墨烯基无机纳米复合材料
2019-03-07 09:03:45
石墨烯是近年被发现和组成的一种新式二维平而碳质纳米材料。因为其别致的物理和化学性质，石墨烯己经成为备受瞩目的科学新星，是纳米材料范畴的一大研讨热门。在石墨烯的研讨中，根据石墨烯的无机纳米复合材料是石墨烯迈向实践使用的一个重要方向。金属/石墨烯纳米复合材料金属/石墨烯纳米复合材料是经过将金属纳米粒子涣散在石墨烯片上构成的。现在，对该类复合材料的研讨首要会集在用贵金属等功能性金属纳米粒子润饰石墨烯，这不只能够得到比金属自身功能更优越的复合材料，显现出潜在使用价值，并且能够削减贵金属的耗费，具有很大的经济价值。石墨烯与铂系金属的复合用表而积大、导电性好的碳材料负载纳米尺度的铂系催化剂能够明显进步其在质子交流膜燃料电池(PEMFC)中的电催化功能。这不只能够使催化剂表而积最大化，以利于电子的传递，并且导电性的支撑材料起到了富集和传递电子效果。现在所用的首要支撑材料是炭黑，但因为石墨烯有着愈加优异的功能，所以被以为是更为抱负的支撑材料。美国圣母大学的Kamat等用NaBH、复原H2PtCh与氧化石墨烯的混合液，组成了Pt/CE纳米复合材料，所得的复合材料在氢氧燃料电池中的电催化活性(161mW /cm2)高于无支撑的Pt (96mW/cm2)，标明石墨烯是开展电催化的有用支撑材料(图1)。图1 Pt/GE电催化反响暗示图南京理工大学汪信课题组提出了制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:先制备氧化石墨，并超声剥离成氧化石墨烯;然后将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯表而;终究复原构成石墨烯/金属纳米复合物(如图2所示)。别的，微波法是一种快速有用地制备金属/石墨烯复合材料的办法。图2制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:1)将石墨氧化得到层间隔更大的氧化石墨，(2)将氧化石墨剥离得到氧化石墨烯片，(3)将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯片上，(4)将氧化石墨烯复原成石墨烯，得到金属/石墨烯纳米复合材料石墨烯与金属Ag的复合南京理工大学汪信课题组以氧化石墨烯为基底，用AgNO3,葡萄糖及经过银镜反响，制备出具有高反射率的Ag纳米粒子薄膜。Ag的附着导致薄膜中氧化石墨烯拉曼信号的增强，其增强程度能够经过氧化石墨烯片在Ag纳米粒子的数量进行调理。图3 一步组成Ag/GO复合材料暗示图Pasrich等将Ag2SO4、参加含KOH的氧化石墨烯悬浮液中，因为氧化石墨烯上的轻基具有酚的弱酸性，在碱性条件下生成酚盐阴离子，酚盐阴离子经过芳香族亲电取代反响将电子搬运给Ag+，使Ag+被复原，生成Ag/CO复合物(如图3所示)，用胁复原该复合物得到了Ag/CE复合物。石墨烯与其他金属材料的复合Stark等不必表而活性剂，以石墨烯作为涣散剂包裹在Co表而;然后与聚合物(PMMA,PEO)复合，得到了CE/Co/聚合物复合材料。该材料结合了金属与聚合物的优异功能，为石墨烯供给了一个新的使用途径。Warne:等用简略的办法将CoCl2纳米晶附着在石墨烯上，HRTEM显现CoCl2纳米晶在石墨烯表而发作平动和滚动，终究结组成单个晶粒，在真空下退火可将CoCl2转化成Co，构成Co/CE复合物。该项研讨显现出用石墨烯作为HRTEM分析支撑薄膜的使用远景。半导体/石墨烯纳米复合材料石墨烯因为其共同的电学性质，使得其与半导体材料的复组成为一个热门研讨课题。石墨烯作为半导体纳米粒子的支撑材料，能够起到电子传递通道的效果，然后有用地进步半导体材料的电学、光学和光电转化等功能。例如，用作锂离子电池(LIB)电极材料的半导体纳米粒子与石墨烯制成纳米复合材料，能够有用阻比纳米粒子的聚会，缩短锂离子的搬迁间隔，进步锂离子嵌入功率;一起，能够缓解锂离子嵌入-嵌出所形成的体积改变，改进电池的循环安稳性。石墨烯与TiO2的复合TiO2因其安稳、无污染的特性而成为最佳的光催化材料之一。因为光激起TiO2发生的电子空穴对极易复合，所以使用石墨烯共同的电子传输特性下降光生载流子的复合，然后进步TiO2光催化功率成为了一个研讨热门。图4 (a) TiO, /GE及其受紫外光激起暗示;(b)以石墨烯为载体组成多组分催化体系暗示图美国圣母大学的Kamat等将氧化石墨粉末参加TiO2胶体涣散液中超声，得到包裹着TiO2纳米粒子的氧化石墨烯悬浮液，在氮气的维护下用紫外光照耀悬浮液，得到TiO2/CE复合材料。TiO2作为光催化剂将光电子从TiO2搬运至氧化石墨烯片上，紫外光被以为起到了复原剂的效果(图4a)。该法不只供给了一种氧化石墨烯的紫外光辅佐复原技能，并且为取得具有光学活性的半导体/石墨烯复合材料拓荒了新的途径。最近，该课题组初次组成了以石墨烯为载体的多组分催化体系，他们首要经过光激起将电子从T1O2转至氧化石墨烯片上，部分电子用于氧化石墨烯的复原，其他的电子储存在复原后的石墨烯片上;然后向石墨烯悬浮液引进AgNO3，储存在石墨烯片上的电子将Ag+复原成Ag，然后组成了TiO2和Ag处于别离方位的二维TiO2/Ag/CE催化体系(图4b)。石墨烯与Co3O4的复合Co3O4是一种重要的磁性P型半导体，在催化剂、磁性材料、电极材料等范畴有着很大的使用价值Co3O4与石墨烯的复合被以为能够改进其功能并扩展其使用范畴。图5使用金属有机前驱体组成Co/GE和Co3O4/GE复合材料暗示图Yang等研讨了使用金属有机前驱体组成金属或金属氧化物与石墨烯的复合材料的办法，他们用酞著钻(CoPc)与氧化石墨烯片在中混合后用胁复原，组成了CoPc/CE复合物;然后将所组成的复合物在维护下高温分化生成Co/CE复合物;终究将Co/CE复合物在空气中氧化生成Co3O4/CE复合物(如图5所示)。石墨烯与SnO2的复合现在，SnO2的一个重要开展方向是代替碳材料作为锂离子电池(LIB)负极材料，但因为SnO2充放电过程中体积改变大，然后下降了其循环安稳性。研讨者期望经过其与石墨烯的复合来改进这一点。石墨烯与ZnO的复合ZnO半导体因为具有宽的带隙和较大的激子结合能，在场发射显现器、传感器、晶体管等范畴具有潜在的使用价值。国内外研讨者期望经过其与石墨烯的复合进一步扩展其使用规模。图6水热法在石墨烯片上组成规矩摆放的ZnO纳米棒暗示图Park等研讨了经过水热法在石墨烯片上组成ZnO纳米棒阵列的办法:首要经过化学气相堆积法(CVD)使石墨烯在涂有Ni的SiO2/Si基片上成长(图6a};然后将涂有聚甲基酸甲酷CPM M A)的基片浸入HF中得到游离的PMMA/CE(图6b);再将起维护效果的PMMA溶解在中;终究别离经过两种办法在石墨烯上水热组成了规矩摆放的ZnO纳米棒。石墨烯磁性纳米复合材料人们不只研讨了半导体化合物与石墨烯的复合，还使用其他功能性无机化合物纳米粒子润饰石墨烯。如用磁性纳米粒子润饰的石墨烯材料在电磁屏蔽、磁记录及生物医学等范畴具有宽广的使用远景，是石墨烯复合材料研讨的一个重要方向。结语及展望根据碳纳米管的无机纳米复合材料因为其优秀的性质己经在生物医药、催化、传感器等使用范畴得到了广泛而深化的研讨。与碳纳米管比较，石墨烯具有类似的物理性质、更大的比表而积和更低的生产成本，所以石墨烯是代替碳纳米管组成碳基无机纳米复合材料的抱负基体材料。尽管与石墨烯/聚合物复合材料比较，石墨烯基无机纳米复合材料的研讨起步较晚，但在短短的几年内，石墨烯基无机纳米复合材料的组成及其相关使用的研讨己经取得了很大的发展。但要真实完成石墨烯基无机纳米复合材料大规模组成和产业化使用还而临很多问题和应战。文章选自：化学发展
作者：柏篙、沈小平
石墨烯基纳米复合材料的主要掺杂方法
2019-03-06 10:10:51
碳元素广泛存在，具有许多同素异形体，常以为石墨是由二维网状碳原子组平面经有序堆叠成的晶体，其单层网状平面结构晶体在自然界中并不能独自安稳存在。但早在1988年日本东北大学教授以蒙脱土为模板，用腈做质料，在模板二维层间制得石墨烯片层结构，但当去除模板后不能独自存在，敏捷生成了三维石墨体。
随后2004年英国科学家成功用机械剥离法将石墨层片剥离，取得了碳 原子sp2杂化衔接的单层石墨层片。此种可安稳存在的二维单原子厚度碳原子晶体——自由态石墨烯(Graphene)，其根本单元结构是最具安稳结构的六元环，它的发现充分了碳元素宗族，可作为零维富勒烯、一维碳纳米管(特别单壁CNT)、三维金刚石及石墨的根本结构单元，是当时抱负的二维纳米材料，结构如图1。 图1 石墨烯的二维单原子层结构(a)和石墨烯为根本结构单元构成的sp2碳质材料(b)
石墨烯与富勒烯和碳纳米管比较，其报价便宜，质料易得，且质量轻，抱负比表面积大(2630 m2/g)，导热功用好[3000 W/(m·K)]，拉伸模量和极限强度与单壁碳纳米管适当，一起因为其维数不同，石墨烯也有自己特有性质，如手性的载流子、量子隧穿效应、不会消失的电导率、二维零停止的Dirac费米子系统、搬迁速度高的双极性电流、安德森局域化的弱化现象、半整数的量子霍尔效应及双层石墨烯的场效应，可望成为纳米复合材料的优质基体或填充材料，引起国内外对二维碳材料的研讨热门。
一、石墨烯的制备
近年来，许多科学家致力于探究制备单层石墨烯的途径，特别是要制备高质量、产率高、成本低、结构安稳的石墨烯的办法。现在制备石墨烯的办法首要有以下几种：
①剥离法，包含微机械剥离法和溶剂剥离法等;
②成长法，包含晶体外延成长、取向附生法、化学气相堆积等;
③氧化复原石墨法，包含常用的Hummers法、Standenmaier法、Brodie法等;
④其它办法，首要有电弧放电法、石墨层间化学物途径法、现在十分新颖的高温淬火法与碳纳米管剥开法等。
二、石墨烯基纳米复合材料首要掺杂办法
石墨烯具有适当大的比表面积及共同电子搬迁功用，成为基体载体的抱负材料，经过掺杂可以对石墨烯进行化学改性，然后增强其物化功用。首要的掺杂办法：元素掺杂法、氧化物掺杂法、碳质材料掺杂法等。
2.1元素掺杂法
元素掺杂法可使石墨烯进行化学改性，增强其物化功用。在半导体材料运用中，它是一种十分有用的办法，一起也广泛运用到新式的催化剂范畴中。元素掺杂包含非金属元素掺杂和金属元素掺杂。
2.1.1非金属元素掺杂法
非金属元素掺杂，望文生义是在石墨烯上掺杂非金属元素纳米粒子，即该元素替代了碳原子的方位，在石墨烯上归于代位式杂质，构成了电子搬运或电子空穴。
美国斯坦福大学的Wang等，经过高强度的电子焦耳热加热，使石墨烯和气经过电热反响制备出n-型N掺杂的石墨烯纳米复合材料。通常状况下，石墨烯较简单被掺杂构成p-型(空穴导电)半导体材料。在实践运用傍边，经常也需求n-型(电子导电)掺杂的半导体。
2.1.2金属元素掺杂法
金属元素掺杂，便是金属纳米粒子掺杂。石墨烯具有上下两面的比表面积，作为支撑载体，可供金属纳米粒子重复地镶嵌与脱嵌的结构应变，可表现出杰出的循环功用。一起金属纳米颗粒也具有较大的比表面积和强的催化功用。所以此种掺杂法可使得制备出的纳米复合材料比表面积显着增大，更有利于电子搬迁或储能、储氢空间的扩展以及催化活性的增强。
Kou等经过热膨胀氧化石墨制备出功用化石墨烯片，用Pt的前体H2PtCl6·xH2O处理得出均匀直径约为2 nm巨细的Pt催化剂纳米粒子。选用浸渍法将此Pt纳米粒子均匀地掺杂到此功用化石墨烯片(FGSs)上，取得FGSs-Pt纳米粒子复合材料，故此纳米材料具有更大的比表面积，更好的氧化复原功用且比一般的商业催化剂具有更安稳更优秀的催化功用。
Chao等运用溶液混合法别离制备了Au、Pt、Pd与石墨烯掺杂的纳米复合材料。将这些贵金属(Au、Pt、Pd)的前体(HAuCl4·3H2O、K2PtCl4、K2PdCl4)水溶液和乙二醇都加到经超声后的氧化石墨水溶液中，最终得到金属粒子掺杂的石墨烯纳米复合材料。
2.1.3化合物掺杂法
石墨烯一般状况是由氧化石墨制备成的。氧化石墨具有准二维层状结构，片层上赋有较多极性含氧官能团，易于同具有较高表面活性的纳米氧化物或其它化合物结合，可生成化合物掺杂的氧化石墨烯(GO)复合材料。
Chen等使用调理溶液pH值，反响温度等的液体插入法，经过静电效果，使金属阳离子及其配离子经过静电吸附到氧化石墨烯层间活性基团上，在低温下快速沉积成功制备出了针状的MnO2掺杂的石墨烯插层纳米复合材料，此复合材料电化学功用有了很大进步，跟着MnO2掺杂量的不同，电容量巨细也不同，GO可进步MnO2的分散性，其协同效果使电化学功用得到必定程度的进步。
Cao等选用溶剂热法，用二甲基亚砜作为溶剂，此二甲基亚砜既是溶剂更是作为复原剂，可复原氧化石墨烯，合成了纳米CdS掺杂的石墨烯复合材料，此CdS在石墨烯表面的分散性较好且粒径较小。
2.1.4碳质材料掺杂法
试验证明石墨烯是一种较好的超级电容器碳材料，其理论比表面积很大，但会在枯燥后失掉层间的水以及其它溶剂，然后发作层与层之间的叠层以及聚会等现象。
为了处理枯燥后石墨烯叠层和聚会的发作，经过掺杂碳纳米管到石墨烯层间，即碳纳米管上的官能团与石墨烯上的官能团彼此发作反响，使得碳纳米管接枝在石墨烯表面，使得石墨烯层与层之间彼此分脱离，然后到达进步石墨烯枯燥后的比表面积。
Dimitrakakis等规划了一种石墨烯和碳纳米管掺杂的复合结构，，用蒙特卡洛办法计算出，此结构的储氢才能只稍微低于美国能源部标准45g/L。一起研讨石墨烯的储氢功用，也对提醒在其表面的吸附方式有着重要意义。
葛士彬用肼做复原剂，复原氧化石墨水溶液，成功将碳纳米管掺插到石墨烯层间，制得碳纳米管/石墨烯纳米复合材料，把其做成电极片测验其电容功用。
三、结语
石墨烯从一个新生儿敏捷成为科学界的新宠，其优异功用逐步被开掘，运用范畴也不断地被开发。这些掺杂法制备出的纳米复合材料运用广泛，首要在超级电容器、传感器、储氢方面以及生物医学等范畴杰出。
但石墨烯的开展也存在一些问题，例如，该怎么大规模制备高质量石墨烯，使其不会发生较多的褶皱，以及怎么坚持其安稳的分散性，使其层间剥离后，不会从头堆积成多层的石墨烯片或是复原回石墨。此外，一些石墨烯的其它功用现在还不清楚，如磁性、光学功用等。因而往后应着力于开辟石墨烯和其它学科范畴的穿插，探究石墨烯功用化及一些其它新功用。
节选自：《化工发展》
作者：张紫萍，刘秀军，李同起，胡子君
石墨烯/橡胶纳米复合材料的制备与性能研究
2019-01-04 17:20:18
石墨烯具有极高的力学性质和导电/导热性质，在橡胶复合材料中具有广阔的应用前景，石墨烯不仅能明显提高复合材料的物理机械性能，同时赋予其功能性。本文将综述石墨烯/橡胶复合材料的制备及其性能的研究进展。
橡胶/石墨烯复合材料制备方法
由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为橡胶纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的石墨烯/橡胶复合材料，首先要保证石墨烯在橡胶基体中均匀分散。石墨烯的分散与复合材料的制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯例象胶界面关系有着密切关系。石墨烯/橡胶复合材料的制备方法主要有溶液共混、直接加工和胶乳共混3种方法。
溶液共混法
溶液共混法是指将石墨烯和橡胶分散在溶剂中，在搅拌或超声作用下进行共混，然后挥发溶剂或加入非溶剂进行共沉淀，再硫化制备复合材料的方法。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解橡胶的溶剂中。
由于GO表面含有很多含氧官能团，在超声作用下，GO能够稳定分散在一些极性有机溶剂如DMF和THF中，这为制备GO复合材料提供了重要前提。对于化学还原或热还原的石墨烯而言，很难将其直接分散在溶剂中，因此需要进行改性处理。直接共混法
直接共混法也称为机械混合法，是指将石墨烯、橡胶配合剂在开炼机或密炼机中与橡胶进行机械混炼，然后硫化制备石墨烯/橡胶复合材料的方法。该方法在机械剪切力作用下分散填料，工艺流程简单，成本低，是目前工业生产橡胶复合材料的主要方法。
虽然直接共混法方便，但在混炼过程时，由于橡胶豁度大，加工困难，且石墨烯片层间范德华力强，橡胶和石墨烯的极性相差大，所以石墨烯很难剥离并均匀分散在橡胶中，另外石墨烯表观密度低导致加料困难。
胶乳共混法
胶乳共混法通常是先将石墨烯及其衍生物分散在水相中，再与橡胶胶乳混合，经过絮凝、烘干、混炼配合制备复合材料。由于绝大多数橡胶都存在胶乳，而且GO和改性石墨烯能稳定分散在水中，因此胶乳共混法为制备石墨烯/橡胶复合材料的制备提供了一种有效和简单的途径。另外，胶乳共混法有利于石墨烯在橡胶中均匀分散，并避免有毒溶剂的使用。
石墨烯/橡胶复合材料性能
机械性能
石墨烯被认为是目前最硬、强度最高的材料，拥有超高的比表面积，加入非常少量石墨烯就能明显提橡胶复合材料性能，下图对比了几种纳米填料对橡胶增强效率，可以看到石墨烯具有更显著的增强效果。虽然纳米填料对聚合物有着非常高的增强效率(加入少量份数即带来强度、模量等大幅度提升)，但当加入较多份数时(如大于10 wt%)，纳米填料容易发生严重聚集，反而导致复合材料性能下降。为了充分发挥不同形状、形态和性质的纳米填料的各自优势，将两种不同维度的纳米填料进行杂化(杂化填料)并加入到聚合物中，对提高聚合物复合材料的机械性能和导电(热)性表现出显著的协同效应。 接枝反应示意图
导电性
石墨烯具有高的比表面积和电导率，研究报道，石墨烯填充的聚合物复合材料拥有高的电导率和更低的导电值，这为制备轻质量、高导电性的橡胶复合材料提供了机遇。石墨烯/橡胶复合材料的电导率主要依赖于石墨烯比表面积、石墨烯含量、石墨烯分散和分布以及石墨烯例象胶界面结合。TEG比表面积对SR导电性影响石墨烯片层间相互搭接形成3D互连网络结构
通过控制石墨烯在复合材料中的分布，能有效降低复合材料的导电值并提高其导电率。
导热性
导热橡胶在电力电子、热管理材料等领域具有广泛应用。石墨烯具有超高的热导率(5000 W /(mk))，明显高于碳纳米管(3000 W/(mk))因此石墨烯在制备导热橡胶复合材料中也有巨大的应用前景。在橡胶复合材料中，热能主要通过声子进行传递，强的填料镇料、填料沛象胶祸合有利于热能的传导。因此为了获得具有高热导率的石墨烯/橡胶复合材料，需要降低界面声子损耗，增强石墨烯锻胶界面作用。
气体阻隔性
橡胶作为一种重要的密封材料，在工程技术领域有着广泛应用。石墨烯为二维片层材料，具有很大的比表面积，且对气体分子具有优异的阻隔性，因此石墨烯在提高橡胶复合材料气体阻隔方面也具有潜在的应用。
其他性能
石墨烯除了能有效提高橡胶复合材料强度电导率和热导率外如改善其动态使用还能改善复合材料其他性能、增加其耐磨性。
总结与展望
石墨烯具有优异的物理和电子特性，如超高的强度、超高的导电率和导热率、大的比表面积。作为橡胶纳米填料，石墨烯具有非常高的增强效率和效果，同时还可以赋予橡胶材料其他特性如导电性、导热性，改善其动态性能和气体阻隔性等，对橡胶制品的高性能化和功能化具有特别的意义。
石墨烯/橡胶复合材料研究存在的挑战和机遇：
(1)需要明确石墨烯的结构特性，确定结构对性质的影响，为石墨烯的改性和其复合材料制备提供理论基础;
(2)虽然石墨烯价格比碳纳米管低，但是仍然缺少简单有效的方法宏量生产石墨烯。这是制备石墨烯/橡胶复合材料的重要前提;
(3)由于分散和界面对橡胶复合材料性能的决定性影响，目前石墨烯/橡胶复合材料的基础研究关键在于复合材料结构设计的方法学、形态结构的细致和定量化表征(例如3DTEM的应用)以及结构性能关系的确立等几个重要方面;
(4)虽然石墨烯在橡胶材料中具有巨大的潜在应用优势，但目前缺乏石墨烯/橡胶应用性研究，尤其是有关石墨烯在高性能轮胎工业的应用。
多孔石墨烯复合材料可增强电极性能
2019-01-03 09:36:46
科技日报讯(记者姜靖)近年来研究表明，纳米电极材料有望提供相当于现在商用锂离子电池数倍的能量或功率密度，但该材料此前只能在负载量极低的超薄研究型电极中达到其优异性能，难以在需要较高负载量的商用器件中实现其应有潜力。美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授团队最近研制出一种三维多孔石墨烯复合电极材料，成功地解决了电极性能随着负载量急剧下降的关键难题，使得制备高负载的高性能电极成为可能。相关研究成果美国时间11日发表在《科学》杂志上。
段镶锋近日接受科技日报记者采访时表示，虽然许多纳米材料在一些研究型器件中展现了优异的储能性能，但在此类器件中，电极活性材料负载量经常只有商业化器件中常用负载量的10%左右。由于极低的负载量，最终体现在整体器件中的容量或功率密度很难能较大幅度地超过现在的锂离子电池。如果只是简单地增加电极厚度，随着厚度的增加，电子输运电阻和离子扩散电阻都会显著增加，致使电极性能急剧下降。
该团队研发的三维多孔石墨烯复合材料中，高度联通的石墨烯网络结构提供了优异的电子传输特性，而其多层次孔结构则大大促进了离子的快速输运，从而使该材料在高负载电极中首次同时实现了较高的容量和极高的功率特性。“这标志着高性能电极材料在朝商用储能器件方向发展的道路上迈出了关键的一步。”中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明评论说。
段镶锋表示，这一方案可以适用于其他高性能电极材料，为在商业级器件中实现此类高性能储能材料的潜力提供了一个切实可行的途径，有望极大提高相关储能器件的容量和充放电速度。
红铜对人体的危害
2019-05-27 10:11:36
铜是生命所必需的微量元素之一，正常人体中含铜量约为100—150 mg。人体中铜大都存在于和中枢神经系统，对 人体造血，细胞成长、某些酶的活动及内分泌腺功用有重要效果，但摄入过量，则会影响消化系统，引起腹痛、吐逆。人的口服致死量约为10克。 铜对低一级生物和农作物毒性较大，其质量浓度达0.1—0.2mg／L即可使鱼类致死，与锌共存时毒功能够添加，对贝类水生生物毒性更大，一般水产用水要求铜的质量浓度在0．0lmg/L以下。关于农作物，铜是重金属中毒性最高者，植物吸收铜离子后，固定于根部皮层，影响营养吸收。灌溉水中含铜较高时，即在土壤和作物中堆集，可使农作物枯死。铜对水体自净效果有较严峻的影响，当其质量浓度为0.001mg／L时，即有细微抑制效果，质量浓度为0.0lmg／L时，有显着抑制效果。
石墨烯复合材料在铝合金腐蚀防护领域取得阶段性成果
2019-03-01 14:09:46
近来，由园区厂商中航天建造工程有限公司承当的区科三费项目“一种根据GO/PANI/TiO2水性纳米涂层的防腐工艺在铝合金腐蚀防护中的运用研讨”顺畅经过结题检验。 石墨烯是一种由碳原子组成的平面膜，只要一个碳原子厚度，简直彻底通明。石墨烯复合材料具有强度高、耐性好、导电、导热功能优异等特性，在航空航天、电子、船只、新能源、环境净化等范畴具有宽广的运用远景。 因为储量大、比强度高、机械加工功能好等长处，铝合金在现代工业、军用航天以及民用范畴中都取得广泛的运用。但是，铝合金的腐蚀现象却大大降低了产品的运用安全性，并带来巨大的经济损失。因而，做好铝合金材料的腐蚀防护作业具有重要的经济和现实意义。 该项目经过氧化石墨烯参加克己水溶性纳米涂层材料与稀土钝化与的复配，对铝合金腐蚀防护有着较为显着的提高作用。其间，石墨烯缓解了有机物排放对环境的污染，提高了涂层本身耐环境老化功能，稀土代替了有毒六价铬，优化了表面处理技能。其绿色环保特色十分切合我国在“十三五”开展中提出的立异和可持续开展的理念。 具体说来，氧化石墨烯的高比表面积、大表面活性位点能够有用改进聚在水性环境中的溶解涣散功能，一起超薄石墨烯的层层堆垛结构也有用隔绝了腐蚀介质到达金属表面的通道，提高了金属材料的耐腐蚀性。 在表面处理工艺上，选用稀土、以及明胶等构成简略钝化系统，根本到达铬酸钝化作用，该工艺操作简略、能耗低、对环境影响小。 本年是“十三五”规划局面之年，石墨烯复合材料自主立异研讨和运用有望掀起新一轮的工业开展热潮，促进相关工业的转型晋级。
微纳米复合材料有望颠覆复合材料生态体系
2019-01-03 15:20:50
麻省理工学院机械工程系终身教授方绚莱博士参与开发的微型晶格纳米架构材料，在全球知名的《麻省理工学院技术评论》评选的2015年十项可能改变世界的技术中，如今，基于这项颠覆性技术，方绚莱回国创业，力争弥补我国在功能性复合材料领域的空白。该技术所用的材料都是以往所熟悉的塑料、金属和陶瓷等材料，新技术通过改变材料结构提升性能，使材料在拥有原本高强度、高硬度的同时，大幅减轻重量。中国粉体网讯 “同样体积的铝球和铁球，同时从楼顶自由落下，哪个先落地?”使用全球最前沿的微纳米架构材料技术之后，答案可能是纸球。
由麻省理工学院(MIT)机械工程系终身教授方绚莱博士参与开发的微型晶格纳米架构材料，在全球知名的《麻省理工学院技术评论》评选的2015年十项可能改变世界的技术中，排名第二，全球仅有美国和欧洲的数支团队掌握该技术。如今，基于这项颠覆性技术，方绚莱回国创业，力争弥补我国在功能性复合材料领域的空白。日前，方绚莱在京受访时解释了这项颠覆性技术。他表示，该技术所用的材料都是以往所熟悉的塑料、金属和陶瓷等材料，新技术通过改变材料结构提升性能，使材料在拥有原本高强度、高硬度的同时，大幅减轻重量。
实现该材料结构的生产，目前主要采用一项先进的微纳米打印技术层层构建起来，但规模化生产仍然是难题。方绚莱说，希望在不断加大研发的基础上，解决产能瓶颈，达到规模效应。预计将在3-5年的时间内可以见到这项新材料的规模化应用。他表示，可以想象，这项技术在汽车、高铁、医疗等领域都将拥有非常广阔的应用前景，并对相关工业产生巨大影响，颠覆复合材料的生态体系。
业内人士称，国内新材料产业与国际先进水平仍存在较大差距，颠覆性技术的研发与投资将有助于提升国内新材料及先进制造业技术水平。
钨铜复合材料的制备工艺
2019-05-27 10:11:36
一、前语钨铜复合材料因为本身的许多优秀特性，现在已广泛运用于大容量真空断路器和微电子范畴［1～4］。钨具有高的熔点、低的线膨胀系数和高的强度；铜具有很好的导热功能和导电功能。两种金属各有所长，但钨、铜互不相溶，通过粉末冶金技能制作的钨铜复合材料兼具钨、铜的优势，能够满意许多范畴材料的运用要求。例如钨的抗熔焊功能和抗腐蚀才能好，铜的导电功能好，两者结合用于真空断路器，能够满意真空断路器大容量开断要求；钨的线膨胀系数小，铜的导热功能好，钨铜复合材料用作大规模集成电路和微波器材中的散热元件，能够有用削减因散热缺乏和线膨胀系数差异导致的应力问题，延伸电子元件的运用寿命。因为钨和铜互不相溶，所以用传统的烧结办法制作全细密度钨铜复合材料会遇到许多困难，通过各国科研人员的尽力，发明晰许多办法加工细密的钨铜复合材料［5～17］。本文在全面调研的基础上总述了国内外有关文献的研讨成果，具体叙说各种技术及其特色，以供参阅。二、钨铜复合材料的制备技术钨、铜的熔点相差很大，钨的熔点高于铜的沸点且钨铜不互溶，一般的冶炼办法难以加工钨铜复合材料，现在只要粉末冶金办法才能使钨铜复合材料制作成为实际。其制取办法首要分为两大类熔渗法和直接烧结法。近年来，因为纳米技能的飞速开展，直接烧结法取得了很大的开展。（一）熔渗法熔渗法分为高温烧结钨骨架后渗铜和低温烧结部分混和粉后渗铜两种办法。1、高温烧结钨骨架法高温烧结钨骨架法的典型技术如下此种办法能够制得相对密度>99.2%的钨铜材料［5］。因为选用高温烧结，所以W复原很充沛，低熔点杂质及难复原的贱价氧化物都能够通过蒸发和热分化除掉。钨铜材料的含氧量较低、纯度较高，高温烧结办法适宜于制作铜的质量分数［φ（Cu）］不大于15%的钨铜材料。运用高温烧结法制作的材料相对密度高，归纳功能好。高温烧结钨骨架法的仅有缺陷是加工技术周期长且杂乱，加工本钱较高。2、部分混合粉烧结渗铜法部分混合粉烧结渗铜法的技术大致有以下两种此种办法技术流程简略，适宜于制作φ（Cu）>20%的钨铜复合材料。这种办法加工的钨铜材料，铜沿着钨晶界散布，钨骨架强度不如高温烧结法，如用此法作为断路器中的触头材料，易发作烧蚀现象。此法对原材料成分要求较高，不然产品会含有较多的杂质和气体。b.文献［6］介绍了超细钨粉的打针成形技术和熔渗技术，技术流程如下这种技术加工的W10%Cu和W20%Cu相对密度均大于99%，运用打针成形技术能够制取形状杂乱的零部件。此技术中熔渗烧结时刻对产品的功能影响较大，跟着熔渗时刻的添加，产品的相对密度、硬度、强度均有所提高，但超越某临界值后功能反而下降。这是因为超细粉的烧结机理所决议的，超细粉的熔渗烧结进程中呈现固溶析呈现象。（二）直接烧结法望文生义，直接烧结法是将所需成分的钨和铜的混合粉限制成形后直接烧结制得产品。依据所用混合粉制取办法的不同，首要有混合氧化物共复原法和机械合金化等技术；按粉末粒度巨细不同，机械合金化粉又分为一般机械合金化粉和机械合金化纳米粉；别的还有液相活化烧结法。曾经这种技术烧结后得到的钨铜材料密度较低（相对密度小于97%）尤其是φ（Cu）
25%的钨铜材料，相对密度简直能够到达99%，但关于φ（Cu）
铝青铜的化学成分和硬度
2019-05-27 10:11:36
铝青铜化学成份铜 Cu 其他铅 Pb≤0.02(杂质)镍 Ni4.0～5.0铝 Al8.5～10.0铁 Fe4.0～5.0锰 Mn0.8～2.5硅 Si ≤0.15(杂质)碳 C≤0.10(杂质)硬度 ≥1570HB铜的熔点为1083摄氏度，要铸出青铜，焚烧温度须到达1200摄氏度青铜原指铜锡合金，后除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以榜首首要增加元素的名。锡青铜的铸造功能、减摩功能好和机械功能好，合适於制作轴承、蜗轮、齿轮等。铅青铜是现代发动机和磨床广泛运用的轴承材料。铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制作精细绷簧和电触摸元件，铍青铜还用来制作煤矿、油库等运用的无火花东西。
先进的超轻复合材料-铝碳化硅陶瓷复合材料
2019-03-11 13:46:31
1.铝碳化硅陶瓷复合材料概述 铝碳化硅陶瓷复合材料 铝碳化硅陶瓷颗粒增强复合材料是金属和陶瓷的复合材料。与传统的金属材料比较，颗粒增强铝基复合材料不只兼有金属的高塑性、高韧性和增强颗粒的高模量、高硬度，一同具有各向同性，是运用远景很广的材料。碳化硅颗粒增强铝基复合材料可用来制作卫星及航空结构材料，如卫星支架、结构连接件、管材、各种型材、翼、制导元件;制作飞机零部件等，开展这种材料具有重要的战略意义。 2.铝碳化硅复合材料的特性 碳化硅颗粒增强铝基复合材料碳化硅和颗粒状的铝复合而成，其间碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(出产绿色碳化硅时需求加食盐)等质料在电阻炉内经高温训练而成，再和增强颗粒铝复合而成。 增强颗粒铝在基体中的散布情况直接影响到铝基复合材料的概括功用,能否使增强颗粒均匀松散在熔液中是能否成功制备铝基复合资料的要害,也是制备颗粒增强铝基复合资料的难点地址。纳米碳化硅颗粒散布的均匀与否与颗粒的大小、颗粒的密度、添加颗粒的体积分数、熔体的粘度、搅拌的办法和搅拌的速度等要素有关。 3.铝碳化硅复合材料利益 铝基复合材料具有高导热、密度小、本钱低，一级概括优势，是金属基材猜中的重要品类，在国际国内规划内有广泛研讨并运用于工业化出产。铝基复合材料包含纤维增强和颗粒增强两大类。其间颗粒增强铝基复合材料本钱低、功用安稳且易完结规划出产，变成铝基复合材料研讨和运用的抢手方向。以铝合金为基体的复合材料有铝碳化硅和硅铝等，广泛运用于航空航天、电子信息、壳体封装和现代交通等广泛领域。 铝碳化硅是以铝合金作基体，碳化硅颗粒为增强体的颗粒增强金属基复合材料，融合了碳化硅陶瓷和金属铝的不一样优势，是第三代微电子封装材料产品，具有高导热、高刚度、低密度、适合的膨胀系数等特征，能有用进步电子器件的封装热管理能力。一同以其耐腐蚀、可加工功用好和易回收的优势，铝碳化硅运用于工业规划化出产可下降本钱，在军用和民用领域得到推广。与传统材料比照，颗粒增强金属基复合材料不只兼有金属的高耐性、高塑性利益和增强颗粒的高硬度、高模量利益，并且材料各向同性，可选用传统的金属加工技术进行加工，因此备受我们重视。 4.铝碳化硅复合材料制备工艺 粉末冶金法 粉末冶金法具有一些共同的利益，如可任意调理增强相的体积分数(最高可达70%)，较精确地操控成分比，且其增强颗粒的粒径在纳米范围内可调。此外，粉末冶金工艺的烧结温度较低，可有用减轻增强体与基体间的有害界面反响，制得的复合材料具有杰出的力学功能。近年来，进一步开宣布机械合金化-粉末冶金法。该法制备的复合材料，其增强体颗粒散布均匀，粒度在纳米至微米范围内可调，增强相的体积分数可高达70%，与基体的界面结合杰出，所制备的复合材料力学功能优异。美国DWA公司选用机械合金化-粉末冶金法出产了碳化硅颗粒增强铝基复合材料，已将其运用于轿车、飞机、航天器等。 压力铸造法 此法是将液态或半液态金属基复合材料或金属以必定速度填充压铸模型腔，或增强材料预制体的空地中，在压力效果下使其快速凝结成形而制备出金属基复合材料，包含揉捏铸造法、离心铸造法、气体压力浸透铸造法等。现在，出产运用中运用较多的是揉捏铸造法，其具体办法是：首先把碳化硅颗粒增强相以恰当的粘结剂粘结制成预制块，然后装入铸模，浇入精粹的铝基体金属熔体，并当即加压使熔融的金属熔体浸渗到预制块中，凝结之后即得碳化硅颗粒增强铝基复合材料。压力铸造法的首要利益是：可大批量制作颗粒增强铝基复合材料的零部件，成本低;浸渗时熔体与增强材料在高温下触摸时间短，避免了界面反响产品对复合材料的晦气影响;高压效果促进了熔体对增强材料的潮湿，增强材料无需进行表面预处理;所制备材料的安排细密，无气孔。 喷发堆积法 此法是将液态金属在高压下雾化，并在其流出时将增强颗粒喷发入金属液中，两相混合的雾化液体随后在容器中堆积成形。喷发堆积法选用不同形状的基体和不同的基体运动方法可获得管坯、圆柱坯、带坯等不同产品。此法的利益是可直接由液态金属雾化和堆积构成具有快速凝结安排和功能特征及必定形状的坯件;确保了增强颗粒在基体中的散布均匀性;冷却速度很快，避免了增强颗粒与金属基体之间的界面反响;对界面的潮湿性要求不高，晶粒非常细微。
东方材料石墨烯
