Superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles–carbon nitride

Superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles–carbon nitride
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Cite this:https://www.360docs.net/doc/2f15867654.html,mun .,2012,48,422–424Superparamagnetic Fe 3O 4nanoparticles–carbon nitride nanotube hybrids for highly e?cient peroxidase mimetic catalysts w

Jung Woo Lee,a Hyung Joon Jeon,a Hyun-Joon Shin b and Jeung Ku Kang*a

Received 16th September 2011,Accepted 28th October 2011DOI:10.1039/c1cc15725f

We report a facile route to synthesize size tunable Fe 3O 4nano-particles (NPs)–carbon nitride nanotube (CNNT)hybrids.These hybrids showing the water-soluble property are proven to exhibit ultra high peroxidase mimetic activity compared to those of pure NPs,where a colorless peroxidase substrate 3,3,5,5-tetramethyl-benzidine changes by H 2O 2to its blue colored oxidized state.Zero dimensional (0D)nanoparticles (NPs)such as quantum dots have been intriguing in many state-of-the-art applications.1–3Similarly,the one dimensional (1D)nanostructures such as carbon nanotubes (CNTs)with conspicuous aspect ratios have been shown to exhibit remarkable properties.4–6Meanwhile,the hybrid nanostructures fabricated in conjunction with NPs and CNTs have been proven to be capable of showing much more advanced synergic performances.7–12Also,processes such as coal conversion as well as manufacture of polymer materials such as dyes,resins,and plastics discharge wastewater containing harmful organics that are suggested to be capable of causing cancers.13In this view,enzymes such as horseradish peroxidase e?ective in decomposing organic compounds by catalyzing oxidation in the presence of H 2O 2to form oligomers have recently attracted great attention.14

However,the problem is in that these peroxidase enzymes lost their original catalytic activity under certain pH and temperature conditions.Also,they could be decomposed through digestion by proteases.Meanwhile,it has been recently demonstrated that pure Fe 3O 4NPs could show the peroxidase mimetic activity for the reactions including the oxidation of organic substrates such as 3,3,5,5-tetramethylbenzidine (hereafter,we call it TMB)to reduce their toxicity,whose product color change has been generally used in wastewater treatment detection,15,16as described in Fig.1.However,pure NPs still involve the intricacy of the synthesis procedure with agglomeration 17–19resulting in a signi?cant deterioration of their original activity.Herein,we report a facile method to synthesize highly e?cient peroxidase mimetic

superparamagnetic Fe 3O 4NPs–carbon nitride nanotube (CNNT)hybrid catalysts using an instant microwave heating assisted liquid polyol process.The attached NPs on CNNTs were found to be of uniform size without showing the agglomeration observed on pure nanoparticle catalysts.Also,our N K-edge near edge X-ray absorption ?ne structure (NEXAFS)analysis demonstrates that the NPs-hybrid structure has been fabricated via the so-called direct ‘‘N-mediated nucleation’’using N atoms of CNNTs.

First,CNNTs were synthesized by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition using Fe catalysts prepared using radio frequency magnetron sputtering on the SiO x /Si sub-strate.Next,the magnetite NP precursors were dispersed onto the grown CNNTs in a liquid polyol solution.Finally,the instant microwave heating for a few minutes was applied to the solution for anchoring magnetite NPs on the surface layers of CNNTs.Fig.2a and b show the scanning electron micro-scopy (SEM)and the transmission electron microscopy (TEM)images of pristine CNNTs,respectively,where the average length and the external diameter of vertically aligned CNNTs are of about 48m m and 15nm in size with turbostratic graphene structures.We ?nd that the sizes of well-dispersed magnetite NPs on the CNNTs are tunable on di?erent concen-trations of Fe(acac)3and reaction times.Fig.2c,d and f show TEM images of size controlled magnetite NPs on the surface monolayers of CNNTs.The initial nucleation of NPs (see Fig.2c)was observed to occur using 200mg of Fe(acac)3and 90s of microwave heating (denoted H-1).The NPs with angular shape are of an average size of 2.3nm.Also,the high angle

Fig.1Schematics of (a)oxidation and (b)reduction processes on Fe 3O 4NPs in the presence of H 2O 2,and (c)the peroxidase mimetic reaction of the TMB substrate by the Fe 3O 4NPs–CNNT hybrid catalyst.(C:white sphere,N:blue sphere,Fe:light purple sphere,O:red sphere).

a

Graduate School of EEWS,Department of Materials Science &Engineering,NanoCentury KAIST Institute,KAIST,

291Daehak-ro,Yuseong Gu,Daejeon,Republic of Korea.E-mail:jeungku@kaist.ac.kr;Fax:+82-42-350-3310;Tel:+82-42-350-3338b

Pohang Accelerator Laboratory,Department of Physics,

Pohang University of Science and Technology,San 31,Hyojadong,Pohang 790-784,Republic of Korea

w Electronic supplementary information (ESI)available.See DOI:10.1039/c1cc15725f

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COMMUNICATION

D o w n l o a d e d b y H e F e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y o n 22/04/2013 09:57:39. P u b l i s h e d o n 11 N o v e m b e r 2011 o n h t t p ://p u b s .r s c .o r g | d o i :10.1039/C 1C C 15725F

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annular dark ?eld (HADDF)image and the line scan of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS)of H-1(Fig.S1a,ESI w )demonstrate that NPs reside with very uniform sizes on the surface layers of CNNTs.In addition,the EDS analysis (Fig.S1b,ESI w )shows that concentrations of Fe and O elements are 2.37and 3.11atomic %,respectively.As the reaction time increases to 120s and 150s (denoted H-2and H-3),their average sizes are found to increase to 4.9nm and 7.9nm,respectively,as seen in Fig.2d and f.In addition,the lattice spacing of 0.253nm and its fast Fourier transformation image with the (311)plane (Fig.2e)for H-2demonstrate that the magnetite NP is in a crystalline phase.Meanwhile,when we use double the amount of the iron oxide precursor (400mg)while maintaining the same reaction time as that used to synthesize H-2(Fig.S1c,ESI w ),the density of NPs on the CNNT is found to become higher,although their average size decreases to 4.0nm from 4.9nm.

Fig.3a shows the X-ray di?raction (XRD)patterns for CNNTs,Fe 3O 4NPs,and Fe 3O 4NPs–CNNT hybrid structures.First of all,pure CNNTs had three peaks at 25.99,42.94,and 53.621,matching with the (002),(101),and (004)planes of graphite (JCPDS,41-1487),respectively.These peaks are attributed to

the B 3.4A

interlayer distance between graphene layers of the nanotube.Pure Fe 3O 4NPs used as a reference (Fig.S4,ESI w )show peaks at 18.28,30.17,35.5,37.13,43.15,53.57,57.2,and 62.81,corresponding to the (111),(220),(311),(222),(400),(422),(522),and (440)planes of the magnetite structure (JCPDS,19-0629),respectively.Additionally,the sample treated for 90s (H-1)was found to show a large broad peak related to the nucleation stage of NPs.Also,the relatively decreased XRD intensity is considered to be attributed to the dense coverage of Fe 3O 4NPs on the CNNT surface.Meanwhile,the

150s-heated samples show higher peak sharpness of the (311)plane than that for the 120s-heated ones,implying that the NP size is increased.In addition,we performed the NEXAFS analysis for both CNNTs and NP–CNNT hybrids to investigate the binding mechanism between NPs and CNNTs (see Fig.3b).The CNNTs give three di?erent graphite-like nitrogen (GN),the pyridine-like nitrogen (PN),and N 2states.This demon-strates that molecular nitrogen exists in the hollow compartment of CNNTs.Because of a long probing depth,20we could analyze the more re?ned nitrogen states for NP–CNNT hybrids via the NEXAFS measurements.The N K-edge NEXAFS spectra consist of three peaks,around 397,401,and 407eV (denoted I,II,and III,respectively),where I represents the electron transition from 1s to the unoccupied p *state of GN and PN in the CNNTs.The p *feature of N 2gas in CNNTs is assigned to be II with a sharp peak composed of a vibrational ?ne structure having a p *resonance characteristic.This shows that there is a superimposition of the p *features for GN and molecular nitrogen states at II.In addition,the electron transition feature from the 1s core to the unoccupied s *state is denoted III.We ?nd that the p *and s *related peak intensity is decreased after attaching the NPs compared to NEXAFS spectra of the pristine CNNTs.The decrease in the relative peak intensity of I and III implies that the nitrogen-mediated unoccupied states from GN and PN bonds with neighboring carbon atoms are occupied after anchoring of NPs on those N sites.This indicates that both PN and GN on CNNTs contribute to the anchoring of NPs.

Fig.4a shows the tunability of magnetization curves for pristine CNNTs and size tunable magnetite NPs–CNNT hybrids at 300K.We determined the magnetic properties of NPs–CNNT hybrids using a vibrating sample magnetometer (VSM)and found that the pristine CNNT has non-magnetic property.Meanwhile,it is determined that magnetite NPs attached on the outer surface monolayer of a CNNT exhibit the super-paramagnetism with no coercivity or remanence.The magneti-zation of 7.9nm NPs–CNNT hybrids (H-3)is 15.95emu g à1at 17kOe.When the microwave heating time is decreased,the sizes of NPs are reduced to 4.9nm (H-2)and 2.3nm (H-1),respectively.These results give the corresponding magnetization values of 3.95and 2.58emu g à1at 17kOe,thus proving that the larger size of pure NPs would lead to higher magnetization.The response of magnetic NPs–CNNT hybrids having the water soluble property to the external magnetic ?eld is also visualized in Fig.4b,which implies high recovery features of the hybrid catalyst.After sonication,the NPs–CNNT hybrid

Fig.2(a)SEM image of as-synthesized CNNTs.(b)TEM image of a pristine CNNT.TEM images representing (c)2.3nm (H-1),(d)4.9nm (H-2),and (f)7.9nm (H-4)sizes of NPs attached on CNNTs,respectively.(e)HRTEM image of a NP of the H-2sample.Inset:FFT of the NP.

Fig.3(a)XRD patterns of CNNTs,pure Fe 3O 4NPs,and NPs–CNNT hybrids fabricated in di?erent heating times.(b)NEXAFS spectra of CNNTs and NPs–CNNT hybrids.Fig.4(a)VSM analyses of CNNTs and NPs–CNNT hybrids with di?erent sizes of NPs.(b)Photograph of NPs–CNNTs in water (up)and their response to the external magnetic ?eld (down).

D o w n l o a d e d b y H e F e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y o n 22/04/2013 09:57:39. P u b l i s h e d o n 11 N o v e m b e r 2011 o n h t t p ://p u b s .r s c .o r g | d o i :10.1039/C 1C C 15725F

was found to be well dispersed in water without agglomeration.The FT-IR analysis (Fig.S3,ESI w )shows that hydrophilic radicals are formed on the surfaces of NPs attached on the CNNTs.

Also,we have analyzed the peroxidase-mimetic activity of Fe 3O 4NPs at room temperature through the measurement of the oxidation extent for a peroxidase substrate TMB by H 2O 2to the oxidized product,where it changes to blue color through the absorbance at 652nm as demonstrated in Fig.5a.Fig.5b shows that the activity for the 7.9nm Fe 3O 4NPs–CNNT hybrid is about 12times higher than even that for the smaller sized pure 5nm Fe 3O 4NP after 90s.This might be attributed to the high surface-to-volume ratio because the NPs–CNNT hybrid shows a relatively high surface area,while the pure Fe 3O 4NPs show severe agglomeration (Fig.S4,ESI w ).We have also studied the e?ect of leaching of iron ions into the bu?er solution from the Fe 3O 4NP–CNNT hybrid.To investigate the leaching e?ect,we incubated NPs–CNNT hybrids in the standard bu?er solution with pH 3.5for 10min and then the hybrids were moved away from the solution with a magnet.Interestingly,the leaching solution showed a negligible activity similar to that with no catalyst.Also,no signi?cant morphology change was observed after the leaching test (Fig.S5,ESI w ).This implies that the high peroxidase mimetic activity is purely attributed to the Fe 3O 4NPs–CNNT catalysts.Moreover,the dependence of peroxidase-mimetic activities on the size of the nanoparticle catalyst has been investigated with di?erent NP sizes ranging from 2.3nm through 4.9nm to 7.9nm,which are obtained from corresponding H-1,H-2,and H-4conditions,respectively.On the other hand,the resulting activity,absorbance measured after 10min,was proven to be independent of the size of NPs as depicted in Fig.5c.H-2(middle sized NP)showed the highest activity while H-1showed the lowest (smallest sized NP).However,H-1shows the higher activity than that of H-2and H-4from the early stage of the

reaction graph (see Fig.5d).This implies that the non-crystallized surface of a small NP might be easily poisoned,resulting in the saturated activity instantly.

We have reported a facile route to fabricate the size tunable superparamagnetic nanoparticles of uniform average size without agglomeration observed on pure nanoparticles.The N K-edge NEXAFS analysis demonstrates N-mediated anchoring.In addition,our size controlled NPs on CNNTs having the water soluble property are proven to show the superparamagnetic property ranging from 2.58to 15.95emu g à1.In addition,the peroxidase mimetic catalytic activity of NPs–CNNTs to transform a peroxidase substrate 3,3,5,5-tetramethylbenzidine by H 2O 2to its oxidized state has been demonstrated to be signi?cantly higher compared to those for pure magnetite NPs.Consequently,these imply that our new approach to fabricate the size-tunable superparamagnetic NPs on carbon nitride nanotubes could provide a great route to the environmental technologies.

This work was supported by the Korea Center for Arti?cial Photosynthesis (NRF-2011-C1AAA001-2011-0030280)and the Hydrogen Energy R&D Center.Also,it was supported by the National Research Foundation grants (NRF-2010-0007692,NRF-2009-0094039,NRF-2011-0028737,NRF-2011-0020400,NRF-2011-0030310),and by the WCU program (R-31-2008-000-10055-0).The authors also acknowledge the use of SQUID in Korea Basic Science Institute and the experiments at PLS supported by the MEST and POSTECH.

Notes and references

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Fig.5(a)Photograph of the color changes attributed to the peroxidase mimetic activity tests under no catalyst (left)and in the presence of pristine magnetite NPs (middle)and magnetite NPs–CNNTs (right),(b)their activities under di?erent conditions including the leaching solution,(c)NP size dependence for the peroxidase mimetic activities (inset:HRTEM images of NPs),and (d)their early reaction stages;shown inside the dotted rectangular area of (c).

D o w n l o a d e d b y H e F e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y o n 22/04/2013 09:57:39. P u b l i s h e d o n 11 N o v e m b e r 2011 o n h t t p ://p u b s .r s c .o r g | d o i :10.1039/C 1C C 15725F

纳米四氧化三铁的应用

纳米四氧化三铁的应用一、纳米四氧化三铁的简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料,又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐,即Fe2+Fe3+(Fe3+O4)(即FeFe(FeO4)前面2+和3+代表铁的价态)。在Fe3O4里,铁显两种价态,一个铁原子显+2价,两个铁原子显+3价,所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物,可表示为FeO〃Fe2O3,而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物,它属于纯净物。化学式:Fe3O4,分子量231.54,硬度很大,具有磁性,可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系,密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水,也不能与水反应。与酸反应,不溶于碱,也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向 移动,粒径在一定范围之 内具有超顺磁性,以及在 外加交变电磁场作用下能 产生热量等特性,其化学 性能稳定,因而用途相当 广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中,采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法,通过

在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚,制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2~12个月都能很好的分散着,磁性液体中颗粒平均粒径为16~35nm之间。 通过大量实验,确定了最佳的工艺配方和工艺路线,工艺简单安全,能耗低,并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级,并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性,其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能,为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、纳米四氧化三铁的配置方法 由于纳米四氧化三铁特殊的理化学性质 , 使其在实际应用中越来越广泛 , 而其制备方法和性质的研究也得到了深入的进展。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一产品纯度低、颗粒分布不均匀 , 易被氧化 , 且很难制备出10nm 以下的纳米微粒 , 所以在工业生产和试验中很少被采纳。 化学方法主要有共沉淀法、溶胶 - 凝胶法、微乳液法、水解法、水热法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好 , 颗粒度较小 , 操作方法也较为容易 , 生产成本也较低 , 是目前研究、生产中主要采用的方法。

纳米四氧化三铁的应用

精心整理纳米四氧化三铁的应用 一、纳米四氧化三铁的简介 )前面 显+2与大, 胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方 法,通过在颗粒表面形成吸附双电层结 构阻止纳米粒子团聚,制备稳定分散的 水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁

性液体2~12个月都能很好的分散着,磁性液体中颗粒平均粒径为16~35nm之间。 通过大量实验,确定了最佳的工艺配方和工艺路线,工艺简单安全,能耗低,并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级,并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性,其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能,为国内各种磁流体的应用提供了基础。 二、 泛, ,所 ,操 磁性 目前,制备磁性Fe3O4纳米颗粒方法的机理已研究得很透彻,归结起来一般分为两种。一是采用二价和三价铁盐,通过一定条件下的反应得到磁性Fe3O4纳米颗粒;另一种则是用三价铁盐,在一定条件下转变为三价的氢氧化物,最后通过烘干、煅烧等手段得到磁性Fe3O4纳米颗 粒。

(一)共沉淀法 沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中,加入适当的沉淀剂,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉。 (二)溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)是日本科学家Sugimoto等于上世纪90年代发展 ,油(OΠ , 对实验设备和制备条件方面的要求相对高一些,因而大多数也只停留在研究阶段。 三、纳米四氧化三铁的应用 当粒子的尺寸降至纳米量级时,由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效

应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等的影响,使其具有不同于常规体相材料的特殊的磁性质。这也使其在工业、生物医药等领域有着特殊的应用。(一)生物医药 磁性高分子微球(也称免疫磁性微球)是一种由磁性纳米颗粒和高分子骨架材料制备而成的生物医用材料,其中的高分子材料包括聚苯乙烯、硅烷、聚乙烯、聚丙烯酸、淀粉、葡聚糖、明胶、白蛋白、乙基纤维素等,骨架 .用 能长期稳定的存在,不产生沉淀与分离。目前,磁性流体已经广泛应用于选矿技术、精密研磨、磁性液体阻尼装置、磁性液体密封、磁性液体轴承、磁性液体印刷、磁性液体润滑、磁性液体燃料、磁性液体染料、磁性液体速度传感器和加速度传感器、磁性液体变频器、磁性液体陀螺仪、水下低

水热法和溶剂热法的区别

溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的,指密闭体系如高压釜内,以有机物或非水溶媒为溶剂,在一定的温度和溶液的自生压力下,原始混合物进行反应的一种合成方法。它与水热反应的不同之处在于所使用的溶剂为有机物而不是水。水热法往往只适用于氧化物功能材料或少数一些对水不敏感的硫属化合物的制备与处理,涉及到一些对水敏感(与水反应、水解、分解或不稳定)的化合物如Ⅲ一V族半导体、碳化物、氟化物、新型磷(砷)酸盐分子筛三维骨架结构材料的制备与处理就不适用,这也就促进了溶剂热法的产生和发展。 为有机溶剂而不是水。在溶剂热反应中,通过把一种或几种前驱体溶 的比较活泼,反应发生,产物缓慢生成。该过程相对简单而且易于控

制,并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体。 另外,物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制,而且,产物的分散性较好。在溶剂热条件下,溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响,变化很大,且其性质与通常条件下相差很大,相应的,反应物(通常是固体)的溶解、分散过及化学反应活性大大的提高或增强。这就使得反应能够在较低的温度下发生。 水热法(Hydrothermal)是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900 年后科学家们建立了水热合成理水热法论,以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。溶剂热法(Solvothermal)是将反应物按一定比例加入溶剂,然后放到高压釜中以相对较低的温度反应。在这种方法中,溶剂处在高于其临界点的温度和压力下,可以溶解绝大多数物质,从而使常规条件下不能发生的反应可以进行,或加速进行。溶剂的作用还在于它可以在

水热合成Fe2O3石墨烯纳米复合材料及其电化学性能研究

常熟理工学院学报(自然科学)Journal of Changshu Institute Technology (Natural Sciences )第26卷第10Vol.26No.102012年10月Oct.,2012 收稿日期:2012-09-05 作者简介:季红梅(1982—),女,江苏启东人,讲师,工学硕士,研究方向:无机功能材料.水热合成Fe 2O 3/石墨烯纳米 复合材料及其电化学性能研究 季红梅1,于湧涛2,王露1,王静1,杨刚1 (1.常熟理工学院化学与材料工程学院,江苏常熟215500;2.吉林石化公司研究院,吉林吉林132021) 摘要:利用水热法成功合成了Fe 2O 3/石墨烯(RGO )锂离子电池负极材料.导电性能良好的石墨烯网络起到连接导电性能极差的Fe 2O 3和集流体的作用.电化学性能测试表明,180℃下得到的 Fe 2O 3/RGO 具有良好的比容量和循环稳定性.在不同倍率充放电过程中,初始放电比容量为1023.6mAh/g (电流密度为40mA/g ),电流密度增加到800mA/g 时,放电比容量维持在406.6 mAh/g ,大于石墨的理论放电比容量~372mAh/g.在其他较高的电流密度下比容量均保持基本不变.该Fe 2O 3/RGO 有望成为高容量、低成本、低毒性的新一代锂离子电池负极材料.关键词:Fe 2O 3;石墨烯;负极材料中图分类号:TM911文献标识码:A 文章编号:1008-2794(2012)10-0055-05 自从P.Poizot [1]等报道过渡金属氧化物可以作为锂离子电池负极材料这一研究后,金属氧化物负极便逐渐引起人们的重视.铁的氧化物具有比容量大、倍率性能好和安全性能高等优点,且原料来源丰富、价格低廉、环境友好,因此是一类很有发展潜力的动力锂离子电池负极材料.Fe 2O 3作为一种常温下最稳定的铁氧化合物,理论容量为1005mAh/g ,远高于石墨类材料的理论比容量,已经成为锂离子电池负极材料的一个研究热点.近年来,石墨烯由于其高的电传导性,大的比表面积,良好的化学稳定性和柔韧性而被尝试用于与活性锂离子电池负极材料复合,提升材料的电化学性能.比如,Cui Y [2]课题组在溶剂热条件下两步法得到Mn 3O 4与石墨烯的复合材料,改善了Mn 3O 4的比容量和循环性能.Co 3O 4,Fe 3O 4等金属氧化物材料与石墨烯复合也有被研究,本课题组在石墨烯和金属氧化物材料复合方面也做了大量的工作[3].本文通过水热法一步合成Fe 2O 3/石墨烯纳米复合材料,并研究了其电化学性能,合成过程中采用三乙烯二胺提供反应的碱性环境,并控制Fe 2O 3的粒子生长.1 实验 1.1试剂和仪器 三乙烯二胺(C 6H 12N 2);无水三氯化铁(FeCl 3);石墨;硝酸钠(NaNO 3);浓硫酸(H 2SO 4);高锰酸钾(KMnO 4);双氧水(H 2O 2)和盐酸(HCl ),以上试剂均为分析纯.实验用水为去离子水.日本理学H-600型透射电子显微镜;日本理学D/max2200PC 型X 射线衍射仪;德国Bruker Vector 22红外光谱仪;日本JEOL-2000CX 透射电镜;美国Thermo Scientific Escalab 250Xi 光电子能谱仪;LAND 电池

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。

高分子_石墨烯纳米复合材料研究进展

高分子/石墨烯纳米复合材料研究进展 高秋菊1,夏绍灵1,2* ,邹文俊1,彭 进1,曹少魁2 (1.河南工业大学材料科学与工程学院,郑州 450001;2.郑州大学材料科学与工程学院,郑州 450052 )收稿:2012-01-09;修回:2012-04- 24;基金项目:郑州科技攻关项目(0910SGYG23258- 1);作者简介:高秋菊(1984—),女,硕士研究生,主要从事高分子复合材料的研究。E-mail:gaoqiuj u2008@yahoo.com.cn;*通讯联系人,Tel:0371-67758722;E-mail:shaoling _xia@haut.edu.cn. 摘要: 石墨烯以其优异的力学、光学、电学和热学性能,得到日益广泛的关注和研究。本文介绍了石墨烯的结构、性能和特点,并对石墨烯的改性方法进行了概括。本文着重综述了高分子/石墨烯纳米复合材料的研究现状和进展,并介绍了高分子/石墨烯纳米复合材料的三种制备方法,即原位插层聚合法、溶液插层法和熔融插层法。此外,还对高分子/石墨烯纳米复合材料的应用前景进行了展望,并对石墨烯复合材料研究存在的问题和未来的研究方向进行了讨论。 关键词:石墨烯;高分子;纳米复合材料;研究进展 引言 石墨烯是以sp2 杂化连接的碳原子层构成的二维材料, 其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”,被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具 有超高的强度,碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯比钻石还坚硬, 强度比世界上最好的钢铁还高100倍[1] 。石墨烯还具有特殊的电光热特性, 包括室温下高速的电子迁移率、 半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度,被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛 的应用前景[ 2] 。石墨烯是一种疏松物质,在高分子基体中易团聚,而且石墨烯本身不亲油、不亲水,在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合,尤其是纳米复合。因而,很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究,以提高石墨烯和高分子基体的亲和性,从而得到优异的复合效应。 1 石墨烯的改性方法 1.1 化学改性石墨烯 该方法基于改性Hummers法[3] 。首先,由天然石墨制得石墨氧化物, 再通过几种化学方法获得可溶性石墨烯。其化学方法包括:氧化石墨在稳定介质中的还原[4]、通过羧基酰胺化的共价改性[5] 、还原氧化石墨烯的非共价功能化[ 6]、环氧基的亲核取代[7]、重氮基盐的耦合[8] 等。此外,还出现了对石墨烯的氨基化[9]、酯化[10]、异氰酸酯[11] 改性等。用化学功能化的方法对石墨烯进行改性,不仅可以提高其溶解性 和加工性能,还可以增强有机高分子间的相互作用。1.2 电化学改性石墨烯 利用离子液体对石墨烯进行电化学改性已见报道[12] 。用电化学的方法,使石墨变成用化学改性石 墨烯的胶体悬浮体。石墨棒作为阴极,浸于水和咪唑离子液的相分离混合物中。以10~20V的恒定电 · 78· 第9期 高 分 子 通 报

石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究进展

石墨烯基复合材料的制备及吸波性能研究 进展 摘要随着吉赫兹(GHz)频率范围的电磁波在无线通信领域的广泛应用,诸如电磁干扰、信息泄露等问题亟待解决。此外,军事领域中的电磁隐身技术与导弹的微波制导需要,使得电磁波吸收材料受到持续而广泛的关注。因此,迫切需要发展一种厚度薄、频带宽、强吸收的吸波材料。 石墨烯作为世界上最薄硬度最强的纳米材料,优点很多,例如石墨烯制成的片状材料中,厚度最薄,比表面积较大,具有超过金刚石的强度等,这些优点满足吸波材料的需求。石墨烯基复合材料在满足吸波材料基本要求的基础上又提升了材料吸收波的能力。 本文简单地介绍了吸波材料及石墨烯,综述概况了石墨烯基复合材料的研究现状,包括石墨烯复合材料制备方法、微观形貌以及复合材料的吸波性能,提出了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。 关键词石墨烯基;吸波材料;纳米材料

Progress in Preparation and absorbing properties of graphene-based composites Abstract With the gigahertz (GHz) frequency range of the electromagnetic waves are widely used in wireless communications, such as electromagnetic interference, information leaks and other problems to be solved. In addition, military stealth technology in the field of electromagnetic and microwave guided missiles require such electromagnetic wave absorbing material is subjected to a sustained and widespread concern. Therefore, an urgent need to develop a thin, wide frequency band, a strong absorption of absorbing materials. Graphene as the strongest of the world's thinnest hardness nanomaterials, has many advantages, such as a sheet material made of graphene, the thinnest, large specific surface area, with more than a diamond of strength, these benefits meet absorbers It needs. Graphene-based composites on the basis of absorbing materials to meet the basic requirements but also enhance the ability of the material to absorb waves. This article briefly describes the absorbing material and graphene, graphene reviewed before the status quo based composite materials research, including graphene composite material preparation, morphology and absorbing properties of composites made of graphene-based composite

四氧化三铁综述

四氧化三铁纳米的制备应用及表征 摘要:总结了磁性纳米Fe3O4粒子的制备方法,有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法,多元醇法等,并讨论了磁性纳米Fe3O4粒子在磁性液体、生物医学、微波吸附材料磁记录材料、催化剂载体等领域的应用。简述了Fe3O4得表征手段,最后对纳米Fe3O4的研究前景进行了展望。 关键词:四氧化三铁;磁性纳米颗粒;制备;应用;表征 The Preparation and Application of Fe3O4 Magnetic Nano- particles 【Abstract】The chemical preparation methods were summarized including co-precipitation,sol-gel method, microemulsion , hydro-thermal method etc. Based on the recent progress , relative meritsof those methods were analyzed. The application of Fe3O4nano-particles in magnetic fluid , magnetic recording materials , catalytical and microwave materials and medicine were introduced. 【Key Words】Fe3O4; magnetic nanoparticle; preparation; progress Fe3O4磁性纳米颗粒由于具有与生物组织的相容性、与尺寸和形貌有关的电学和磁学性能,且具有好的亲水性、生物兼容性、无毒和高的化学稳定性,所以成为生物磁应用方面的理想材料使其在电子与生物敏感材料,尤其是生物医学领域被人们广泛关注【1】。应用于生物技术的纳米颗粒需要优良的物理、化学以及磁学特性【2】:(1)具有高磁化率,使材料的磁性较强,一般为铁磁性纳米颗粒;(2)颗粒尺寸为6~15 nm(当颗粒直径小于15 nm 时,就变为单磁畴磁体而具有超顺磁性并且饱和磁化强度很高),比表面积高;(3)具备超顺磁性等。另一方面,磁性纳米颗粒表面需要被特种有机物质修饰,才能具有独特的生物医学功能。磁性纳米微粒的制备方法主要有物理方法和化学方法【3-4】。物理方法制备纳米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。但是用物理方法制备的样品一般产品纯度低、颗粒分布不均匀,易被氧化,且很难制备出10nm以下的纳米微粒,所以在工业生产和试验中很少被采纳。化学方法主要有共沉淀法、超声波沉淀法、水热法、微乳液法、水解法、溶胶- 凝胶法,多元醇法等。采用化学方法获得的纳米微粒的粒子一般质量较好,颗粒度较小,操作方法也较为容易, 生产成本也较低, 是目前研究生产中主要采用的方法【5-8】。 1、制备方法 1.1共沉淀法 共沉淀法是在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中, 加入适当的沉淀剂, 使金属离子均匀沉淀或结晶出来, 再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉. 共沉淀法是目前最普遍使用的方法, 其反应原理是: Fe2++ Fe3++ 8OH==Fe3O4+ 4H2O 付云芝【9】等采用共沉淀法制备出立方晶系的单分散、小粒径Fe3O4 颗粒。通过控制制备最佳条件为:铁盐溶液浓度为0. 5mol /L,沉淀剂溶液浓度为0. 2mo l/L,Fe2+:Fe3 +:OH- = 1. 00 :1. 00 :6. 00, 反应温度为30℃,搅拌速度为1000 r /m in. T. Fried【10】等在80℃氩气保护下将氨水缓慢滴加到FeCl2与FeCl3的混合溶液中得到纳米Fe3O4颗粒, 并使用油酸对其进行包覆,得到了平均粒径为2 nm 的Fe3O4颗粒膜。Yong- kang sun【11】等人采用部分限制共沉淀法,只是向酸化了的磁性纳米悬浮液中通入空气进行氧化的情况下制备了平均粒径为7 ~ 13 nm 的纳米Fe3O4。陈亭汝【12】等在搅拌速度较快的情况下,n ( Fe3+ ) /n( Fe2+ )为1. 8 :1,熟化温度70℃,熟化时间30min,以氨水作沉淀剂最佳pH值是9左右,可制得

石墨烯及其纳米复合材料发展.

河北工业大学 材料科学与工程学院 石墨烯及其纳米复合材料发展概况 专业金属材料 班级材料116 学号111899 姓名李浩槊 2015年01月05日

摘要 自从2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,石墨烯因其优异的力学、电学和热学性能已经成为备受瞩目的研究热点。 石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层雷同,是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎是完全透明的,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300 W/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000 cm2 /(V·s),又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-6Ω·cm,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低,电子跑的速度极快,因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板,甚至是太阳能电池。 石墨烯的结构非常稳定,石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧,当施加外力于石墨烯时,碳原子面会弯曲变形,使得碳原子不必重新排列来适应外力,从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。 但是,因为石墨烯片层之间存在很强的范德华力,导致其很容易堆积团聚,在一般溶剂中的分散性很差,所以其应用领域受到了限制。本文通过收集、查阅多篇有关石墨烯研究的论文,分析、整理了石墨烯及其纳米复合材料的制备技术发展及其应用的相关知识、理论。 关键词:石墨烯纳米材料制备复合材料

纳米四氧化三铁制备及其性质研究

纳米四氧化三铁制备及其性质研究 摘要:四氧化三铁是一种具有反尖晶石结构的铁氧体,由于其具有独特的物理、化学性质, 已经引起众多专家学者的关注。纳米四氧化三铁具有超顺磁性、小尺寸效应、量子隧道效应等使其能够区别于一般的四氧化三铁。目前在国内外,磁性纳米四氧化三铁已经在催化剂、造影成像、靶向给药、药物载体、DNA检测等应用领域表现出良好的应用前景。尤其随着纳米技术与高分子工程的快速发展,磁性纳米四氧化三铁在细胞分离、蛋白质分离、生物传感器、重金属吸附等领域越来越受到研究者的重视。同时,合成粒径小、分布窄且具有优良磁性、表面性能稳定、具有生物相容性安全的磁性纳米四氧化三铁也是各专家、学者研究的热点之一。 关键词:纳米四氧化三铁;磁性;合成 近年来,有关磁性纳米粒子的制备方法与性质备受关注。然而,由于磁性纳米粒子之间的作用力,如范德华力以及磁力作用,纳米四氧化三铁粒子极易发生团聚,使得比表面积降低,同时减弱了反应活性。通过添加高分子聚合物或表面活性剂对粒子表面进行改性,可以获得稳定分散的磁性纳米粒子,从而有效克服上述缺点。 1.实验部分 1.1 实验原理 化学共沉淀法是指在包含两种或两种以上金属阳离子的可溶性溶液中,加入适当沉淀剂,将金属离子均匀沉淀或结晶出来。具体反应方程式:Fe2+ +2Fe3+ +8OH-==Fe3O4 +4H2O.通常是把FeⅡ和FeⅢ的硫酸盐或氯化物溶液一物质的量比2比3的比例混合后,用过量的氨水或氢氧化钠在一定温度和pH下,高速搅拌进行沉淀反应,然后将沉淀过滤、洗涤、烘干,制得纳米四氧化三铁。 1.2仪器与试剂 三颈瓶,pH计,高速离心机,恒温水浴箱,真空干燥箱,紫外可见分光光度计,X射线衍射仪等 四水合氯化亚铁,六水合氯化铁,乙醇,十二烷基苯磺酸钠,油酸,氢氧化钠,盐酸等。1.3实验步骤 室温下,将四水合氯化亚铁和六水合氯化铁按物质的量比为1比2的比例混合放入三颈瓶中,加入200mL去离子水,然后加入一定量表面活性剂和油酸。高速搅拌下,向溶液中缓慢滴加0.1mol/L氢氧化钠溶液,至pH>11,继续搅拌1h使反应完全。反应结束后用磁铁进行固液分离,再用去离子水反复冲洗至中性,以除去多余电解质。在60℃下真空干燥24h. 1.5样品检验 相关资料

纳米四氧化三铁

纳米四氧化三铁 简介 四氧化三铁是一种常用的磁性材料,又称氧化铁黑,呈黑色或灰蓝色。四氧化三铁是一种铁酸盐,即Fe2+Fe3+(Fe3+O4)(即FeFe(FeO4)前面2+和3+代表铁的价态)。在Fe3O4里,铁显两种价态,一个铁原子显+2价,两个铁原子显+3价,所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物,可表示为FeO-Fe2O3,而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物,它属于纯净物。化学式:Fe3O4,分子量231.54,硬度很大,具有磁性,可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。逆尖晶石型、立方晶系,密度 5.18g/cm3。熔点1867.5K(1594.5℃)。它不溶于水,也不能与水反应。与酸反应,不溶于碱,也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 在外磁场下能够定向移动,粒径在一定范围之内具有超顺磁性,以及在外加交变电磁场作用下能产生热量等特性,其化学性能稳定,因而用途相当广泛。 纳米四氧化三铁置于介质中,采用胶溶化法和添加改性剂及分散剂的方法,通过在颗粒表面形成吸附双电层结构阻止纳米粒子团聚,制备稳定分散的水基和有机基纳米磁性液体。制备的磁性液体2~12个月都能很好的分散着,磁性液体中颗粒平均粒径为16~35nm之间。 通过大量实验,确定了最佳的工艺配方和工艺路线,工艺简单安全,能耗低,并保持了磁性颗粒的粒径在纳米量级,并且经磁性能测试可得磁性颗粒具有超顺磁性,其技术指标达到并超过国内外磁性纳米四氧化三铁性能,为国内各种磁流体的应用提供了基础。 制备方法 1、水热法制备纳米四氧化三铁(2012年) 聚乙二醇6000包被的四氧化三铁颗粒,采用X射线衍射法分析其构,用扫描电镜测量其直径及分布,用振动样品磁强计检测磁学参数。结果所 得样品为四氧化三铁晶体,粒径为200 nm,质量饱和磁场强度为79.8 em u/g Fe。结论:制备的样品粒径均一,分散性好,超顺磁性,水溶性好,可用于物理化学溶栓。 2、卟啉一磁性四氧化三铁纳米粒子的制备(2014年) 直接键合成法:卟啉与四氧化三铁纳米粒子表面直接形成化学键的制备方法。要求卟啉与四氧化三铁纳米粒子成键单元,如中心金属原子、羟基等。 用一锅高温合成法合成了单分散的油胺包覆四氧化三铁纳米粒子,在DMF 溶液中,原卟啉IX与多巴胺的偶联反应制备了连有多巴胺的原卟啉(PPD),然后与四氧化三铁纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD,然后与四氧化三铁纳米粒子在甲醇中混合得到卟啉PPD包覆的四氧化三铁纳米粒子 (PPDNP),其中粒度单一(<7nm),具有清晰的晶格和高的结晶度,在室温有明确的超顺磁性行为。

荧光淬灭

如果这种能量传递不有效的话,可能荧光就强。另外金的plasmon也会增强荧光材料的光吸收,可能会增强荧光总强度。这两个竞争过程除了与波长有关外,朱要与距离有关,一般 5纳米是界限,距离短被淬灭 荧光淬灭有以下几种说法: 1. 动态淬灭(碰撞淬灭,淬灭剂与发光物质的激发态分子之间的相互作用) 2. 静态淬灭(发光分子基态和淬灭剂形成不发光的基态络合物) 3. 转入三重态淬灭 4. 自吸淬灭(浓度高时,自淬灭) 首先确定荧光物质是否有电性,就是说荧光物质是否带有电荷,而且贵金属,例如纳米金,在 制作过程中,表面由于有柠檬酸根而带有负电荷,可以和带正电荷的荧光物质,如带正电荷水 溶性荧光共轭聚合物,通过静电作用,而使荧光猝灭;如果带相同电荷或者一方不带电荷,猝 灭是不怎么明显的。可以这样说,这种猝灭,是通过电荷作用相互吸附在一起,你可以让两者 相互作用后,做一个TEM,就可以判断了。 荧光淬灭有动态淬灭和静态淬灭两种,稳态的荧光强度都显示出荧光强度的衰减,无法分辨, 而动态淬灭至少分裂为2个荧光寿命,意味着能量转移的发生,而静态淬灭只是淬灭剂与荧光 物结合生成非荧光物质,荧光寿命并不发生变化。 Acrylamide和碘离子分别用于疏水淬灭或亲水淬灭,测量蛋白质中Trp残基荧光淬灭的寿命,能够轻易的得知Trp残基是位于蛋白质表面还是内部。 荧光淬灭多用于分析大分子或胶体的结构或构象,用淬灭的方法研究荧光基团在分子内还是分 子表面,有个淬灭的方程,一时写不出来,大概是淬灭剂浓度和荧光变化的关系,有个K常数,和淬灭效率和荧光寿命有关,如果分子构型改变,K会变化,这样就可以用来研究某些化合物 对大分子构型或构象的影响。 荧光漂白,就是用强光把荧光素的激发态全部给消除了,有可逆和不可逆两种,可逆的漂白相 当于清理出一个没有荧光的区域,相当于荧光清零,然后再观察测量某种特定的荧光的扩散、 产生或恢复。漂白是否可以恢复依赖于荧光素的种类和漂白光强,作为副作用,荧光素的漂白 常会发生。 磁性纳米粒子猝灭量子点的荧光很早就有人研究过。 具体原因: 处于导带的电子在回到价带的过程中,由于磁性纳米粒子的存在,发生了电子转移,量子点导带的电子转移到磁性纳米粒子上,结果荧光发生猝灭。因此,通常制备的磁性-荧光双功能纳 米材料都会在量子点表面修饰一层无机壳、聚合物等材料,降低这种电子转移。

高分子石墨烯纳米复合材料的前沿与趋势

石墨烯聚合物纳米复合材料的前沿与趋势 聚合物与其他塑料结合形成混纺纤维,与滑石粉及云母混合形成填充系统,和与其他非均质加固物进行模型挤压生产复合材料和杂化材料。这种简单的“混合搭配”方法使得塑料工程师们能够利用聚合物团生产一系列能够控制极端条件的有用的材料。在这种方法中最后加入的事石墨烯------人们早就了解到它的存在但是知道2004年才被制备与鉴定出的碳单原子层。英国曼彻斯特大学的Andre K.Geim和Konstantin S.Novoselov因为分离出碳单原子层而被授予诺贝尔物理学奖。他们的成就导致了聚合物纳米材料的蓝图发生了变化。人们已经长期熟知碳基材料,像金刚石,六方碳和石墨烯。但是聚合物纳米材料研究团体重新燃起的热情主要由于石墨烯可与塑料结合的特性以及它来自于廉价的先驱体。石墨烯的性价比优势在纳米复合材料、镀膜加工、传感器和存储装置的应用上正挑战着碳纳米管。接着,这些只能被想象出来的应用将会出现。事实上,Andre Geim说过“石墨烯对于它的名字来说就是一种拥有最佳性能的非凡的物质。”这能够在目前大量发表的文献中可以看出。石墨烯为什么能够这样引起人们的兴趣呢?本篇综述尝试去处理在石墨烯纳米复合材料新兴潮流中所产生的这类问题。这个工作的范围被石墨烯聚合物纳米复合材料(GPNC)研究员提出期望的发展潜力进行了拓展。 神奇的石墨烯 石墨烯被频繁引用的性能是它的电子传输能力。这意味着一个电子可以在其中不被散射或无障碍地通行。石墨烯的电子迁移率可达到20000cm2/Vs,比硅晶体管高一个数量级。一片最近的综述表明,以改良样品制备的石墨烯,电子迁移率甚至可以超过25000cm2/Vs。石墨烯是否缺少禁带以及大量合成纯石墨烯是否可行只有将来的研究可以解释。目前,非凡的电子传导性能使得石墨烯居于各类物质之首。所以,利用石墨烯代替硅作为基质的可能性将指日可待。虽然石墨烯的电子传导能力要比铜高得多,但是其密度只有铜的1/5。文献中大量记载了石墨烯的电子传导性能极其影响方面的细节。 由于它固有的特性人们开始对它在纳米复合材料的应用产生了兴趣。据预测,一个单层无缺陷的石墨烯薄膜的抗拉强度要比其他任何物质都要大。事实上,James Hone’s小组已经用原子力显微镜研究了独立的单层石墨烯薄膜的断裂强度。他们测得的平均断裂力为1700nN。他们还发现石墨烯这种物质可以抵挡超高的应力(约25%)。这些测量值使得这个团队计算出无缺陷石墨烯薄片的内在强度为45Nm-1。这儿的内在强度被规定为无缺陷的纯物质在断裂之前所能承受的最大应力。石墨烯如此卓越的是由于它相当于1.0Tpa的杨氏模量。在其他的特性中Paul McEuen和同事们只有一个原子厚度的石墨烯薄膜即可隔绝气体,包括氦气。即石墨烯在实际应用中可作为密闭的微室。石墨烯所表现出的热传导性能要比铜高出很多倍。这就意味着石墨烯能够很容易地进行散热。最近对大块石墨烯薄膜的研究表明其热传导系数是600W/(m.K)。石墨烯另外的一个特性是其具有高的比表面积,计算值为2630m2g-1,而碳纳米管仅为1315m2g-1,这使得石墨烯在储能装置应用上成为一个候选材料。Rod Ruoff’s小组通过改性的石墨烯演示了其具有的超高电容性能。对石墨烯的新奇属性的详细描述随处可见石墨烯与碳纳米管相比有一个截然相反的属性是其不含杂质(不含金属),这对构建可靠的传感器和储能装置来说是一个重要的优势。,更进一步,由于它形状与结构,石墨烯或许有更低的毒性,这也成为目前研究的主题。 独立的纳米材料的这些性质使得物理学家,化学家,和材料学家,不论作为理论学家还是实验学家,都为石墨烯的潜力而感到振奋。然而,最重要的问题是去区分炒作还是现实。

石墨烯纳米复合材料

文献阅读报告 文献标题:Size and syn ergy effects of nano filler hybrids in clud ing graphe ne nan oplatelets and carb on nano tubes in mecha ni cal properties of epoxy composites 文章来源:Origi nal Research ArticleCarb on. Volume 50, Issue 15, December 2012, Pages 5380-5386 文章作者:S. Chatterjee, F. Nafezarefi, N.H. Tai, L. Schlagenhauf, F.A. Nu " esch , B.T.T. Chu A Laboratory for Functional Polymers, EMPA, Swiss Federal Laboratories for Materials Scie nee and Tech no logy, Du …ben dorf, Switzerla nd B Department of Materials Science and Engineering, National Tsing Hua Uni versity, Hsin chu, Taiwa n rale de C Institut des Mate ' riaux, EPFL, Ecole Polytechnique Fe ' de Lausa nne, Lausa nne, Switzerla nd 、作者所做的内容: 改性多壁碳纳米管与石墨烯微片增强聚芳醚腈复合材料 .、作者此项工作的原因: 聚芳醚腈(PEN),作为特种工程塑料,其具有高强度,高模量,耐高温等性能, 在航天,军工,电子等特殊领域具有广阔的应用前景。聚芳醚腈上的极性氰基基团具有 一定的粘结性,且聚芳醚腈容易成型,因此是制备先进复合材料的优秀载体。 三、作者的实验原理及步聚: 为了进一步扩大聚芳醚腈在介电,机械以及热学领域的应用价值,本论文以价格低 廉的双酚A型聚芳醚腈为基体,以多壁碳纳米管和石墨烯微片为填料, 通过对多壁碳纳 米管和石墨烯微片的氰基化改性,有效阻止了多壁碳纳米管和石墨烯微片的团聚。

石墨烯增强铝基复合材料的研究进展

Material Sciences 材料科学, 2019, 9(8), 803-812 Published Online August 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/2f15867654.html,/journal/ms https://https://www.360docs.net/doc/2f15867654.html,/10.12677/ms.2019.98100 Research Progress on Graphene Reinforced Aluminum-Based Composites Jiangyu Li1, Shourong Zhao2, Wei Zhang1,2, Yunlai Deng2, Keda Jiang2 1Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 2Light Alloy Research Institute, Central South University, Changsha Hunan Received: July 29th, 2019; accepted: August 13th, 2019; published: August 20th, 2019 Abstract Graphene possesses excellent mechanical properties, high thermal conductivity and low density. It is recognized as an ideal reinforcing material for metal matrix composites (MMC). In this paper, the preparation methods of graphene reinforced aluminum matrix composites are reviewed, the research status of powder metallurgy, stir casting process and other methods is summarized. Casting process effects of different preparation methods on the microstructure and properties of graphene reinforced aluminum matrix composites were discussed. Its application prospect is also predicted at last. Keywords Grapheme, Aluminum-Based Composites, Manufacturing Methods, Properties 石墨烯增强铝基复合材料的研究进展 李江宇1,赵寿荣2,张伟1,2,邓运来2,姜科达2 1广西柳州银海铝业股份有限公司,广西柳州 2中南大学轻合金研究院,湖南长沙 收稿日期:2019年7月29日;录用日期:2019年8月13日;发布日期:2019年8月20日 摘要 石墨烯具有优异的力学性能、高导热系数和低密度,被公认为金属基复合材料(MMC)的理想增强材料。 本文综述了石墨烯增强铝基复合材料的制备方法,归纳了粉末冶金法、搅拌鋳造法及其他多种方法的研

四氧化三铁纳米粒子的制备和表征

太原理工大学现代科技学院 毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)题目: Fe3O4纳米粒子的水热合成及结构表征 毕业设计(论文)要求: 1、提高学生综合运用所学理论知识和技能去分析、解决实际问题的能力。 2、培养学生正确开展科学研究的思想和方法,树立严肃认真的工作作风。 3、培养学生查阅文献,分析资料、制定相关研究内容的能力。 4、培养学生提高分析、解决问题的能力。 5、了解Fe3O4纳米粒子的性能、制备方法及其研究现状。 6、学会使用XRD,SEM,等分析数据。 7、通过毕业设计,为今后工作中的工程设计,科学研究提供了思路,并为独立 分析问题,解决问题的能力的提高奠定基础。 毕业设计(论文)主要内容: 1、磁性纳米材料的概述,Fe3O4纳米粒子的基本介绍,Fe3O4纳米粒子的基本结构和性质及它们的制备方法和性质; 2、实验药品及材料; 3、实验样品的制备; 4、实验结果的分析;

学生应交出的设计文件(论文): 1、毕业论文一份 2、毕业论文答辩PPT一份 3、相关外文资料及翻译稿 主要参考文献(资料): 1、Patel D, Moon J. Y, Chang Y, Kim T. J, Lee G. H. Colloid Surf. A2008, 313-314: 91-94. 2、Zhao M, Josephson L, Tang Y, Weissleder R. Angew. Chem.Int. Ed.2003, 42: 1375-1378. 3、Mornet S, Vasseur S, Grasset F, Veverka P, Goglio G, Demourgues A, Portiera J, Pollertc E, Duguet E. Prog. Solid State Chem.2006, 34: 237-247. 4、Stevens P. D, Fan J, Gardimalla H. M. R, Yen M, Gao Y. Org. Lett.2005, 7: 2085-2088. 5、Jun Y, Choi J, Cheon J. Chem. Commun.2007, 1203-1207. 6、周志刚,廖绍彬等编著。铁氧体磁性材料[M],科学出版社,1981. 7、Jeong U, Teng X. W, Wang Y, Yang H, Xia Y. N, Adv. Mater.2007, 19, 33. 8、Liu Y, Wang J. P, Hu M, et al. Chinese J. Appl. Chem. 2007, 24(10): 1182-1186. 9、Deacon D. A. G, Elias L. R, Madey J. M. J, Ramian G. J, Schwettnan H. A, Smith T. I, Phys. Rev. Lett. 1977, 38: 892-894. 10、Kim K. C, Phys. 2007, 4: 21-23. 11、王广厚,韩民。物理学进展,1990, 10(3): 248-269. 12、Chikazumi S, Taketomi S, Ukita M, J. Magn. Mter. 1987, 65, 245-249. 13、Lu A. H, Kiefer W, Angew. Chem. 2004, 43: 4303-4306. 14、Tsang S. C, Caps V, Angew.Chem. 2004, 116: 5645-5649. 15、Pupta A. K, Gupta M, Biomaterials. 2005, 26: 3995-4021. 16、Mornet S, Solid State Chem. 2006, 34: 237-247. 17、Li Z, Wei L, Lei H, Adv. Mater. 2005, 17: 1001-1005. 18、Hyeon T, https://www.360docs.net/doc/2f15867654.html,mun, 2003, 927.

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