锂金属电池用石墨烯涂层改性隔膜

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作者 于帆 杜真真 +2 位作者 王珺 李炯利 王旭东 《材料工程》 北大核心 2025年第7期182-190,共9页

通过隔膜修饰层改性隔膜是一种比较常用的抑制锂枝晶生长,提高电池安全性的手段。本文以金属锂为负极,LiFePO_(4)为正极,石墨烯涂层改性聚丙烯为隔膜,组装成锂电池,通过循环测试、倍率性能测试、电化学阻抗测试以及循环前后锂负极的形... 通过隔膜修饰层改性隔膜是一种比较常用的抑制锂枝晶生长,提高电池安全性的手段。本文以金属锂为负极,LiFePO_(4)为正极,石墨烯涂层改性聚丙烯为隔膜,组装成锂电池,通过循环测试、倍率性能测试、电化学阻抗测试以及循环前后锂负极的形貌表征,探究隔膜上石墨烯涂层分别面向电池正极和面向电池负极对电池性能的影响。循环性能测试结果表明,石墨烯涂层面向负极侧的电池在0.2 C的倍率下,首次放电比容量可以达到168 mAh/g,循环500次后,放电比容量仍然可以达到154 mAh/g,容量保持率达到91.67%。电化学阻抗分析发现,石墨烯涂层面向负极侧的电池具有更低的界面电阻和更好的反应动力学,且循环后的锂负极表面均匀平整,未见明显的锂聚集。石墨烯涂层面向负极的锂电池具有更好的循环性能和更高的安全性。 展开更多

关键词 改性隔膜 石墨烯 锂电池 枝晶

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石墨烯导热材料研究进展 被引量：15

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作者 李岳 李炯利 +3 位作者 朱巧思 梁佳丰 郭建强 王旭东 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1-13,共13页

石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了... 石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了各类石墨烯导热薄膜(纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜)热导率的影响因素,归纳总结了各类三维石墨烯导热材料(无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料)的结构、性能与研究现状,最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向,尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中,石墨烯导热材料有着良好的发展前景。 展开更多

关键词 石墨烯 热导率 石墨烯纤维 石墨烯薄膜 三维石墨烯 石墨烯基复合材料

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氧化石墨烯的化学还原方法与机理研究进展 被引量：14

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作者 郭建强 李炯利 +3 位作者 梁佳丰 李岳 朱巧思 王旭东 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期24-35,共12页

石墨烯物理性能优异,自被发现以来迅速引起了国内外研究者的广泛关注。石墨烯的批量生产是实现石墨烯材料应用的前提,由于氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团,便于化学改性,生产成本低、可规模化生产,化学还原氧化石墨烯成为目前大批量制... 石墨烯物理性能优异,自被发现以来迅速引起了国内外研究者的广泛关注。石墨烯的批量生产是实现石墨烯材料应用的前提,由于氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团,便于化学改性,生产成本低、可规模化生产,化学还原氧化石墨烯成为目前大批量制备石墨烯材料最常用的方法之一。至今已经有数十种化学还原氧化石墨烯的方法被报道,还原效果千差万别,还原机理也尚未定论。本文梳理了氧化石墨烯的主要化学还原方法,从关键反应基团的角度进行了归纳总结,论述了它们的优缺点;分析了多种氧化石墨烯的还原机理,提出氧化石墨烯化学还原的本质是羟基还原同时形成碳碳双键的过程。 展开更多

关键词 石墨烯 氧化石墨烯 化学还原 还原机理

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石墨烯在水泥基材料中的作用机制研究综述 被引量：8

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作者 梁佳丰 郭建强 +3 位作者 李岳 朱巧思 李炯利 王旭东 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2021年第3期704-713,共10页

石墨烯具有优异的力学强度、阻隔性以及超大比表面积,通过对其进行物理或化学分散处理,能够制备高性能石墨烯水泥基复合材料。石墨烯通过调控水泥水化反应、改善孔隙结构以及界面结合等方式,可以改善水泥基材料的力学强度和耐久性能,在... 石墨烯具有优异的力学强度、阻隔性以及超大比表面积,通过对其进行物理或化学分散处理,能够制备高性能石墨烯水泥基复合材料。石墨烯通过调控水泥水化反应、改善孔隙结构以及界面结合等方式,可以改善水泥基材料的力学强度和耐久性能,在水泥基复合材料领域展现出巨大的应用潜力。本文综述了石墨烯水泥基复合材料的研究进展,总结了石墨烯在水泥基复合材料中的分散工艺和应用效果。同时,讨论了石墨烯的作用机理,并展望了石墨烯水泥基复合材料的发展趋势。 展开更多

关键词 石墨烯 分散 水泥 力学强度 耐久性能 作用机理

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氧化石墨烯对600℃高温钛合金微观组织和力学性能的影响 被引量：7

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作者 陈航 弭光宝 +3 位作者 李培杰 王旭东 黄旭 曹春晓 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期38-45,共8页

采用控温搅拌混合和热等静压等方法,制备添加氧化石墨烯的600℃高温钛合金复合材料。通过金相观察、能谱和物相分析以及拉伸性能实验,研究复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)时,在600℃高... 采用控温搅拌混合和热等静压等方法,制备添加氧化石墨烯的600℃高温钛合金复合材料。通过金相观察、能谱和物相分析以及拉伸性能实验,研究复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)时,在600℃高温钛合金粉末中分布比较均匀,二者之间的作用方式主要为物理吸附;与未添加氧化石墨烯的合金相比,添加0.3%氧化石墨烯的复合材料的显微组织得到明显细化,α相的平均尺寸下降约36%,室温抗拉强度和屈服强度分别提高7.8%和10.4%,硬度提高25.6%。氧化石墨烯对600℃高温钛合金的强化机理主要为细晶强化、位错强化以及促进(TiZr) 6Si 3颗粒析出引起的第二相强化。 展开更多

关键词 氧化石墨烯 600℃高温钛合金 复合材料 微观组织 力学性能

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PC/铜负载氧化石墨烯复合材料的力学及抗菌性能 被引量：4

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作者 梁佳丰 郭建强 +2 位作者 李岳 李炯利 王旭东 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1-5,共5页

利用喷雾干燥法得到了铜负载氧化石墨烯(Cu@GO),并通过高速混合、挤出、注塑工艺成功制备了聚碳酸酯(PC)/Cu@GO抗菌复合材料。观察了Cu@GO抗菌颗粒在PC中的分散情况,探究了不同Cu@GO添加量下PC复合材料的力学及抗菌性能。结果表明,Cu@GO... 利用喷雾干燥法得到了铜负载氧化石墨烯(Cu@GO),并通过高速混合、挤出、注塑工艺成功制备了聚碳酸酯(PC)/Cu@GO抗菌复合材料。观察了Cu@GO抗菌颗粒在PC中的分散情况,探究了不同Cu@GO添加量下PC复合材料的力学及抗菌性能。结果表明,Cu@GO在PC基体中分散均匀,没有出现明显团聚。添加适量的Cu@GO能够提高PC的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度。Cu@GO有效地提升了PC的抗菌性,当Cu@GO质量分数为0.1%时,PC对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抗菌率分别为99.8%和99.9%,当其质量分数大于0.2%时,PC对两种细菌的抗菌率均超过99.9%。 展开更多

关键词 喷雾干燥 铜负载氧化石墨烯 聚碳酸酯 力学性能 抗菌性能

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三维木头海绵-石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及性能 被引量：3

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作者 李岳 李炯利 +1 位作者 梁佳丰 王旭东 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期200-207,共8页

采用天然巴沙木作为原材料,进行选择性刻蚀,得到三维层状结构的木头海绵。以木头海绵为模板,在负载一定比例的还原氧化石墨烯(rGO)与石墨烯纳米片(GNP)后,通过真空浸渍的方法与环氧树脂复合并固化,制备得到石墨烯-木头海绵(G-WS)/环氧... 采用天然巴沙木作为原材料,进行选择性刻蚀,得到三维层状结构的木头海绵。以木头海绵为模板,在负载一定比例的还原氧化石墨烯(rGO)与石墨烯纳米片(GNP)后,通过真空浸渍的方法与环氧树脂复合并固化,制备得到石墨烯-木头海绵(G-WS)/环氧树脂复合材料。结果表明:采用真空浸渍的方法,能够成功使氧化石墨烯(GO)在水热还原的同时,带动GNP负载到木头海绵表面,同时GO被还原成为rGO,经过与环氧树脂复合后,在环氧树脂内部,G-WS仍然保持良好的三维结构,这种取向分层结构使复合材料具有导热的各向异性,三维连通的结构也为良好的热导率奠定了基础。当填料质量分数为1.45%时,沿取向结构方向的热导率能够达到1.59 W·m^(-1)·K^(-1),相比于纯环氧树脂而言,热导率提升率高达457%。同时由于木头海绵内部层状的结构,赋予了G-WS良好的压缩回弹性能,能够实现80%压缩以及40%形变压缩,循环100次但不发生明显形变。 展开更多

关键词 石墨烯 热导率 环氧树脂 石墨烯基复合材料

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石墨烯/锂金属复合材料的制备和电化学性能 被引量：1

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作者 杜真真 于帆 +3 位作者 王珺 王晶 李炯利 王旭东 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期12215-12223,共9页

对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X... 对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N_(2)吸脱附曲线分析了不同石墨烯材料的形貌、组成、结构以及石墨烯/锂金属复合材料的形貌。同时采用Li||Li对称电池和LiFeO_(4)全电池,评价了石墨烯/锂金属复合材料作为负极的电化学性能。结果表明,石墨烯/锂金属复合材料具有层状结构,在微波还原石墨烯(MRGO)、热还原石墨烯(RGO)和机械剥离石墨烯(EG)中,MRGO最适用于改性金属锂,叠层3次得到的4MRGO/3Li复合材料具有最优的电化学性能。基于4MRGO/3Li的Li||Li对称电池在9.9 mV左右的极化电压下稳定循环1200圈,相对于纯锂金属,极化电压降低10.6 mV,安全性和稳定性大大提升。以4MRGO/3Li复合材料为负极的LiFeO_(4)全电池稳定循环800圈后,放电容量保持为156 mAh/g。 展开更多

关键词 锂金属 石墨烯 固态电解质界面 锂电池 负极

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碳纳米材料改性TiAl基合金技术发展现状及展望 被引量：3

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作者 吴明宇 弭光宝 +2 位作者 李培杰 黄旭 曹春晓 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期45-62,共18页

碳纳米材料具有低密度、高强度、高弹性模量和优异的导电、导热性能,是改性TiAl基合金的一种理想增强相。本文综述碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料改性TiAl基合金成形及表面改性技术的研究进展,介绍材料因素和工艺条件对界面... 碳纳米材料具有低密度、高强度、高弹性模量和优异的导电、导热性能,是改性TiAl基合金的一种理想增强相。本文综述碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料改性TiAl基合金成形及表面改性技术的研究进展,介绍材料因素和工艺条件对界面组织结构和机械性能的影响,总结碳纳米材料处理TiAl基合金的强化机理。石墨烯改性TiAl基合金制备技术是未来研究的重点发展方向,石墨烯在TiAl基合金基体中的均匀分散技术、界面反应控制和作用机理等关键问题是该技术研究领域的难点。 展开更多

关键词 石墨烯 碳纳米管 TIAL基合金 制备技术 界面结构 强化机理

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直升机陶瓷复合装甲发展现状及新型材料应用前景 被引量：27

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作者 武岳 王旭东 +5 位作者 刘迪 李炯利 郭建强 李文博 张海平 曹振 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期34-44,共11页

目前国外军用武装直升机及运输直升机上均配置了轻质装甲材料。相比之下,国内直升机装甲配置在级别类型、数量、单架机面积等方面都远不如欧美发达国家。随着新一代军用直升机对抗弹生存能力提出了更高的要求,国内外对于新型装甲材料的... 目前国外军用武装直升机及运输直升机上均配置了轻质装甲材料。相比之下,国内直升机装甲配置在级别类型、数量、单架机面积等方面都远不如欧美发达国家。随着新一代军用直升机对抗弹生存能力提出了更高的要求,国内外对于新型装甲材料的开发也有了较大的进展。本文综述了国内外武装直升机用复合防弹装甲的发展状况,总结了直升机用复合防弹装甲未来的发展需求,分析了目前复合防弹装甲的抗弹机理、选材原则和材料在被武器打击过程中的吸能方式,并展望了梯度功能材料、微叠层材料、石墨烯改性陶瓷等新材料在军用直升机上的应用前景。为满足我国直升机的自主发展需求,我国对于性能优异的新型先进轻质防护材料的开发需求已刻不容缓。只有开发新型装甲材料才能提高我军直升机的生存能力,满足我国武器装备的作战需求,实现与世界先进直升机水平的同步发展。 展开更多

关键词 武装直升机 复合装甲 抗弹机理 梯度功能材料 微叠层材料 石墨烯改性陶瓷

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质子交换膜燃料电池关键材料的研究进展 被引量：14

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作者 杜真真 王珺 +3 位作者 王晶 于帆 李炯利 王旭东 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期35-50,共16页

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便... 燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而,目前的PEMFC还存在一些问题,主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题,限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用,需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题,并指出了未来的发展方向:加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索;制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜;详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响;开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。 展开更多

关键词 燃料电池 关键材料 质子交换膜 催化剂 气体扩散层 双极板

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NiCrAl/YSZ/NiCrAl-B.e复合涂层对α+β型高温钛合金燃烧产物的影响 被引量：5

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作者 欧阳佩旋 弭光宝 +3 位作者 李培杰 何良菊 曹京霞 黄旭 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期43-52,共10页

通过摩擦氧浓度方法点燃涂覆NiCrAl/YSZ/NiCrAl-B.e复合涂层的TC11钛合金,采用XRD,SEM,EDS及EPMA等微观表征方法对其燃烧产物进行分析,进而探讨复合涂层对燃烧行为的影响机理。结果表明:燃烧试样的基体从中心孔沿径向往外呈分区组织演... 通过摩擦氧浓度方法点燃涂覆NiCrAl/YSZ/NiCrAl-B.e复合涂层的TC11钛合金,采用XRD,SEM,EDS及EPMA等微观表征方法对其燃烧产物进行分析,进而探讨复合涂层对燃烧行为的影响机理。结果表明:燃烧试样的基体从中心孔沿径向往外呈分区组织演变特征,中心孔处的钛合金基体是着火源;当燃烧程度较低时,YSZ中间层对钛合金燃烧行为的影响较小;当剧烈燃烧时,YSZ中间层通过分解反应而在钛合金熔体中大量溶解,为钛合金熔体提供了O和Zr,加速了Ti与O的快速结合,同时ZrTiO_4燃烧产物的阻氧能力比TiO_2差,从而大大促进了钛合金的扩展燃烧。 展开更多

关键词 高温钛合金 NiCrAl/YSZ/NiCrAl-B.e复合涂层 微观组织 燃烧行为 机理

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钛合金叶片燃烧后冷却过程的三维热流耦合数值模拟

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作者 梁贤烨 弭光宝 +2 位作者 李培杰 曹京霞 黄旭 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期37-46,共10页

为了理解航空发动机钛火发生后叶片的冷却过程,采用有限元方法结合ROTOR37转子模型,分别对550℃阻燃钛合金(TF550钛合金)和600℃高温钛合金(TA29钛合金)燃烧后压气机通道内温度场、流场进行数值模拟研究。结果表明:相对马赫数对于压气... 为了理解航空发动机钛火发生后叶片的冷却过程,采用有限元方法结合ROTOR37转子模型,分别对550℃阻燃钛合金(TF550钛合金)和600℃高温钛合金(TA29钛合金)燃烧后压气机通道内温度场、流场进行数值模拟研究。结果表明:相对马赫数对于压气机通道内叶片散热有一定的影响,其中叶尖燃烧区域在0.7~1的低马赫数区域散热能力最佳;相对于前缘燃烧区域,叶尖燃烧区域的冷却过程更为复杂,且冷却速率比前缘燃烧区域低一个数量级;在叶尖燃烧区域内,TF550钛合金和TA29钛合金的冷却温度差异比较显著,在1000~2500K温度区间内的差别最大,前者比后者低100K以上,在300~500K温度区间内前者比后者低30K以内;叶尖燃烧区域流场的温度畸变会增加喘振的剧烈程度,设计叶片时应充分考虑燃烧对喘振裕度的影响。 展开更多

关键词 钛燃烧 冷却 三维热流耦合 数值模拟 航空发动机

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