直接在粉末表面生长站立石墨烯用于制备石墨烯增强复合材料的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51602300
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0205.无机非金属基复合材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Since its discovery, graphene has attracted great attention due to its unique combination of mechanical, thermal and electrical properties. Thus, recently much work has exploited graphene as reinforcement to improve the mechanical property of a variety of host materials such as metals and ceramics. Homogeneous distribution of graphene in the metal or ceramic matrix is a key factor to get the best performance of the composites. To realize this, in the most of literatures, mixture procedures were usually carried out after separately preparing the matrix powder and graphene. The most commonly used mixture methods are ball-milling and liquid-state processing. However, both of the methods always create lots of defects in graphene and can’t well control the lateral size of the graphene sheets, which will give rise to serious degradation of the composites’ mechanical properties. Here we propose a new mixture method to overcome these drawbacks by in-situ deposition of graphene on metal or ceramic powder using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. Firstly, the dependences of the lateral size and thickness of the graphene sheets on the deposition parameters will be investigated by scanning electron microscope (SEM), high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and Raman spectroscopy. Secondly, the optimal mass fraction of graphene addition at which the strength, hardness and toughness of the composite get their respective best performance will be extensively studied. Finally, the strengthening and toughness mechanism will be discussed. This work is helpful for us to look insight into the reinforcing mechanism of graphene, and to further improve the performance of the composites.
石墨烯具有优异的力学特性,作为增强剂添加到陶瓷、金属等基体材料中,可大幅提高材料性能,在航空、电子、机械等领域有潜在的应用价值。石墨烯能否在基体材料中均匀分散是决定复合材料性能的关键因素。目前的方法是先独立制备基体材料粉末和石墨烯,再通过球磨法和液相法将两者混合均匀;然而这些方法都伴随着石墨烯产生大量缺陷、易团聚和尺寸不均一等弊端,进而降低复合材料的性能。本项目提出利用等离子增强化学气相沉积技术直接在陶瓷、金属粉末表面生长站立石墨烯这种新方法来克服上述方法的缺点,通过调控反应参数实现石墨烯的可控制备。利用扫描、透射电子显微镜及拉曼光谱等手段研究生长参数对站立石墨烯尺寸、层数和缺陷的影响;研究石墨烯的添加量对材料的抗拉强度、维氏硬度和断裂韧性等力学性能的影响;分析得到石墨烯增强增韧效应的物理机制。这一工作对于制备性能更加优异的石墨烯增强增韧陶瓷、金属复合材料具有重要的参考价值。

结项摘要

增材制造技术在《中国制造2025》规划中占据显要位置,处于上游的复合粉末的制备,极有可能成为下一代先进制造技术的制高点。复合粉末通过向基体粉末中添加强化相纳米材料来制备,两者均匀混合至关重要。传统的机械球磨法和液相混合法存在诸多弊端:机械球磨过程会将基体粉末碾压成扁平状,低球形度的复合粉末难以用于打印;液相混合法中大量使用的硝酸、高分子聚合物等试剂,难以洗净,成为杂质。.针对于此,本课题提出利用等离子增强气相沉积方法,在基体粉末表面原位生长增强相纳米材料,微观尺度实现两者的均匀混合。研究选择石墨烯作为增强相,开展的主要工作有:(1)实现了石墨烯在铜、铝、镍基高温合金等金属粉末表面和氧化铝、碳化硅等陶瓷粉末表面的原位生长,扫描电镜结果显示,石墨烯均匀包覆在基体粉末外表面,实现了两者的均匀混合,并且粉末球形度得到了完好保护;(2)综合利用X射线光电子能谱、扫描电镜等手段研究了石墨烯的初期生长过程。结果表明,其生长可分为面内成核和站立生长两个阶段,首先,纳米片沿平行于粉末表面方向生长,形成岛状结构;随着尺寸和层数不断增加,岛边缘卷曲,随即沿粉末表面的法向方向生长。进一步利用生长/刻蚀与温度的关系,通过调节生长温度,实现了石墨烯纳米片尺寸的均一、可控制备;700 ℃、600 ℃和500 ℃温度时,纳米片的尺寸分别为50 nm、150 nm和350 nm;(3)将石墨烯/高温合金粉末、石墨烯/氧化铝粉末利用放电等离子烧结成块体,实验结果表明,石墨烯的添加可显著提高材料的力学、电学等性能。高温合金拉伸测试结果显示,添加石墨烯试样的抗拉强度和屈服强度分别提高了9.5%和12.3%,同时,延伸率也由9%提高至13%;陶瓷电导率测试结果显示,未添加时石墨烯陶瓷样品为绝缘体,添加后,其电导率提高至0.724 S/m。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
One-step in-situ reaction synthesis of TiC/graphene composite thin film for titanium foil surface reinforcement
一步原位反应合成TiC/石墨烯复合薄膜用于钛箔表面增强
  • DOI:
    10.1016/j.vacuum.2018.12.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Vacuum
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Luo Bingwei;Zhou Haitao;Liu Dabo;Luo Fei;Tian Ye;Chen Dongsheng;Wei Wei
  • 通讯作者:
    Wei Wei
Modulation of field emission by small AC signals
通过小交流信号调制场发射
  • DOI:
    10.1007/s11431-017-9080-5
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Science in China - Series E: Technological Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Jin;Zhang GengMin;Zhou HaiTao;Wei JinDi;Chen YanHui;Shen ChengMin
  • 通讯作者:
    Shen ChengMin
Two types HgCdTe nanorod arrays with ordered symmetrical structure and wide band infrared absorption
两种有序对称结构宽带红外吸收HgCdTe纳米棒阵列
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2019.03.307
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Luo Bingwei;Liu Dabo;Luo Fei;Tian Ye;Zhou Haitao;Chen Dongsheng;Wei Wei;Cao Lili
  • 通讯作者:
    Cao Lili
Preparation of graphene nanowalls on nickel foam as supercapacitor electrodes
泡沫镍上石墨烯纳米墙的制备作为超级电容器电极
  • DOI:
    10.1049/mnl.2017.0922
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Micro & Nano Letters
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Zhou Haitao;Liu Dabo;Luo Fei;Luo Bingwei;Tian Ye;Chen Dongsheng;Shen Chengmin
  • 通讯作者:
    Shen Chengmin
Graphene nanosheets-Inconel 718 nanocomposites fabricated by spark plasma sintering of in-situ grown vertically standing graphene nanosheets-Inconel 718 powders
石墨烯纳米片-Inconel 718纳米复合材料通过火花等离子体烧结原位生长的垂直直立石墨烯纳米片-Inconel 718粉末制备
  • DOI:
    10.1049/mnl.2018.5628
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Micro & Nano Letters
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Chen Dongsheng;Zhou Haitao;Tian Ye;Luo Fei;Liu Dabo;Luo Bingwei
  • 通讯作者:
    Luo Bingwei

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其他文献

Modification of microstructure and properties of Ti-47Al-2Cr-4Nb-0.3W alloys fabricated by SPS with trace multilayer graphene addition
添加微量多层石墨烯的 SPS 改性 Ti-47Al-2Cr-4Nb-0.3W 合金的显微组织和性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Materials Characterization
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    周海涛;刘娜;陈玉勇
  • 通讯作者:
    陈玉勇
形变Cu-11Cr-0.07Ag原位复合材料的组织和性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘克明;陈志宝;周海涛;魏仕勇;胡强;陆德平
  • 通讯作者:
    陆德平
完善民办学校税收分类优惠政策的思考
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    教育与经济
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周海涛;张墨涵
  • 通讯作者:
    张墨涵
大学教师发展效用的类型分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    高等理科教育
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周海涛;李虔;张小斌
  • 通讯作者:
    张小斌
在不同原子汽室空间中原子相干特性的比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    量子光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭苗军;周海涛;郜江瑞;张俊香
  • 通讯作者:
    张俊香

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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