摘要：石墨烯作为新型二维纳米材料具有诸多优异的性能,被广泛应用于聚合物复合材料的力学补强和功能化。然而,如何有效控制石墨烯二维纳米材料(2D石墨烯)在聚合物基体中的堆叠结构和定向有序排布以提高材料的可设计性和综合性能,一直是研究者们所关注的问题。借助外力实现石墨烯类二维片层填料在连续相介质中的定向有序排布可突破现有石墨烯复合材料的性能使用极限。实现石墨烯类二维片层填料定向有序排布的方法主要有层层自组装、抽滤诱导自组装、挥发诱导自组装和外场诱导法等。结合目前国内外研究进展,论述在复合材料中定向排布的主要方法和应用进展,重点讨论外加能场诱导石墨烯定向有序排布在复合材料中存在的不足。此外,展望定向有序排布石墨烯复合材料的未来发展趋势。

摘要：石墨烯是已知最薄的二维材料,其厚度仅为0.335 nm。与传统固态纳米孔相比,石墨烯纳米孔传感器具有极高的检测分辨率。通过MEMS工艺与二维材料湿法转移工艺组合制造出石墨烯薄膜芯片。其中,使用Raman和氦离子显微镜成像判别转移后石墨烯质量。随后,采用氦离子束刻蚀技术在单层石墨烯薄膜上制造出直径为20 nm的石墨烯纳米孔。测量出石墨烯纳米孔传感器电流-电压关系,与经典纳米孔电导理论符合。本论文研究表明单层石墨烯纳米孔传感器检测可检测出牛血清蛋白(Bovine serum albumin, BSA)水平,垂直和旋转三种过孔形态,阻塞电流值分别为1200 pA, 150 A, 650 pA。同时也辨识出多分子同时过孔信号,BSA分子排列成三角形状穿过石墨烯纳米孔。

摘要：基于石墨烯的电控特性提出了一种由金属线谐振器和"H"型谐振器组成的宽带可调的类电磁诱导透明(类EIT)超材料结构.首先,利用CST Microwave Studio软件对该超材料结构的透射特性进行了仿真.该结构在1.05—1.46 THz内的透射窗由金属线谐振器的等离子谐振和"H"型谐振器的电感-电容谐振干涉相消引起,且暗模式谐振器的数量增多导致了透射窗带宽的增加.其次,仿真模拟了该结构在不同石墨烯费米能级下的透射特性.当石墨烯费米能级由0 eV逐渐增加到1.5 eV时,该结构透射窗在1.05—1.46 THz内的平均透射振幅由87%逐渐减少到25%,实现了宽带可调.同时,通过仿真模拟该结构在1.26 THz下的电场分布对其透射机理进行了分析,并实验制备了类EIT超材料结构样品,且利用太赫兹时域光谱对样品进行了透射性能测试,测试结果与仿真分析的趋势基本一致.

摘要：为研究稻谷的石墨烯低温远红外干燥特性及其对稻谷干燥品质的影响,以辐射温度、排粮流量和除湿风量为影响因素,以整精米率和应力裂纹指数增值为评价指标,用自制的循环式石墨烯低温远红外干燥机进行稻谷干燥试验,通过BBD(Box-Behnken设计)响应面法,分析了低温远红外干燥对稻谷干燥品质的影响以及工艺参数优化。结果表明:影响稻谷干燥特性和品质的最主要因素是辐射温度,其次是排粮流量和除湿风量。随着辐射温度的升高,稻谷干燥速率和应力裂纹指数增值逐步增大,整精米率则逐步降低。与同温度的热风干燥相比,石墨烯低温远红外干燥平均干燥速率和干燥品质均有显著提高。经优化后,稻谷最佳石墨烯低温远红外干燥工艺条件为:辐射温度43℃、排粮流量4 kg/min、除湿风量193 m^(3)/h,此时应力裂纹指数增值为9,整精米率为79.75%,稻谷干燥品质最佳。这说明利用石墨烯低温远红外干燥稻谷,可以明显提高干燥速率并改善稻谷干燥品质。

摘要：本文设计并数值研究了一种石墨烯加载的不对称金属纳米天线对结构.利用石墨烯费米能级的动态调控特性,实现了电控表面等离激元的单向传输.类似于传统的三明治型纳米天线结构,设计的不对称金属纳米天线对结构可以等效为两个共振的磁偶极子,由于磁偶极子辐射电磁波的干涉,将导致单向传输效应.通过计算腔中的电场分布,发现石墨烯的调谐能力与石墨烯区域的电场强度成正比关系.以上现象都可以通过等效电路模型进行理论解释.此外,该结构具有小尺寸、高效率、宽带宽和易于光电集成等优点,在未来的光子集成与光电子学领域将具有重要的应用.

摘要：石墨烯打开了二维材料研究的大门,是被研究最为广泛的二维材料.石墨烯纳米带可以获得一定大小的带隙.因此,石墨烯纳米带嵌入到氮化硼介电层形成石墨烯和氮化硼横向异质结(G/h-BN)界面有望得到纯二维集成电路.本文回顾了G/h-BN界面的生长研究方法的发展,并结合石墨烯成核的微观机理,对比探讨了G/h-BN界面成核生长机理,凝练提出了控制G/h-BN界面的关键参数,为G/h-BN界面器件设计提供了方法和机理参考,并为其他二维材料界面提供研究思路.

摘要：石墨烯(graphene,Gr)因其优异的性能而被广泛作为金属基材料增强相,但目前石墨烯对铜钨合金(Cu W)耐磨损性能的微观作用机制仍不清晰。该文基于分子动力学模拟方法,针对Cu W“假合金”的特点,应用粒子群算法建立Cu W80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析石墨烯对Cu W80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:Cu W80Gr模型的弹性模量与硬度均比Cu W80高,且均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,石墨烯对CuW复合材料的增强机制为屏障作用与位错强化。研究结果可为铜钨合金复合材料的掺杂优化设计、遴选与性能调控提供理论指导和技术支撑。

摘要：石墨烯具有良好的电子传导性、巨大的表面积、稳定的化学和机械稳定性等,在分子氧催化还原(ORR)反应中可以有效地改进催化剂的催化活性,是过渡金属大环催化剂新的基底材料。对石墨烯支持的非贵金属氮杂环复合材料在ORR催化反应中的应用以及影响催化O_2活性的因素进行了讨论。重点讨论了卟啉和酞菁中心金属核,Co和Fe,以及卟啉和酞菁作为N的前驱体对ORR电催化活性的影响,并展望了非贵金属氧还原催化剂在燃料电池中的研究发展方向。

摘要：设计了一种涂覆石墨烯的混合型电介质纳米并行线波导。这种波导由两根圆柱形和一根椭圆柱形电介质纳米并行线组成。利用有限元方法对5个最低阶模式进行了分类,研究了工作波长、石墨烯的费米能和结构参数对5个最低阶模式的有效折射率实部、传播长度和品质因数的影响。结果表明:5个最低阶模式均可由圆柱形纳米线和椭圆柱形纳米线的低阶模合成。当调节工作波长和石墨烯的费米能时,5个模式的传输特性均可得到有效的调节。当结构参数变化时,前两个模式的传输特性变化比较显著,而其他三个模式的传输特性变化不明显。将所设计结构与由两根椭圆柱形和一根圆柱形电介质纳米并行线构成的波导相比较,发现所设计的结构具有更长的传播长度和更高的品质因数。该研究为涂覆石墨烯的混合型电介质纳米并行线波导的设计、制作和应用提供了参考。

摘要：采用电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET-ATRP)方法,设计和制备了适合涂料用的线型、三臂和六臂星形聚丙烯酸酯。凝胶渗透色谱和差示扫描量热分析结果表明合成的聚丙烯酸酯相对分子质量与理论值相近,分布较窄,玻璃化转变温度适中。以这些树脂为基体,制得石墨烯/星形聚丙烯酸酯纳米复合涂料。相对于石墨烯/线型聚丙烯酸酯纳米复合涂料漆膜,石墨烯/星形聚丙烯酸酯纳米复合涂料漆膜具有低至0.8%的导电逾渗阈值。流变测试表明,星形聚丙烯酸酯溶液的黏度明显低于线型聚丙烯酸酯溶液的黏度,石墨烯的加入引起星形聚丙烯酸酯溶液的黏度增加程度远小于线型聚丙烯酸酯溶液黏度的增加程度。透射电镜和激光粒度分析结果证实石墨烯在星形聚丙烯酸酯中的分散性好于线型聚丙烯酸酯。石墨烯可以提高漆膜的模量、玻璃化转变温度及其它的基本物理性能。