石墨烯电磁功能膜制备及性能研究

发布时间：2020-08-15 12:13

【摘要】：本文制备了石墨烯电、磁功能膜,探究了功能膜在电致动下不同的运动形式及影响因素和磁性石墨烯复合膜机械能和光能向电能的转化。实验首先制备了还原氧化石墨烯/硅橡胶双层膜,分别在直流/交流电压负载下可响应致动,在直流电压作用下,双层膜可实现快速响应和大的弯曲角度,交流电压下实现了连续摆动。对致动的机理、影响因素、稳定性等做了测试分析,该双层膜具有良好的致动性和稳定性。设计了基于电-热机理的不同功能器件,对石墨烯电致动膜的实际应用和仿生做了初步探索。通过磁性还原氧化石墨烯与乳胶复合,制备得到了磁性石墨烯复合膜。应用电磁感应原理设计装置,分别将机械能和光能转化为电能,实现了两种不同形式能量向电能的转化。对两种能量转化形式产生的感应电动势、感应电流等数据做了记录与比较。该磁性石墨烯复合膜具有一定实用性,可研究作为能量转化材料应用在功能器件制作中。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TB383.2
【图文】：

1 石墨烯简介石墨 烯是 一种 sp2杂化 ，晶格按 照 六 边形 蜂窝状 排 列的二 维片 层 材 料[1-4]。 从 石 墨 烯 的 物 质 来 说 ， 石 墨 烯 材 料 是 一 种 单 层 的 石 墨 ,石墨是 由石墨烯层 无限 堆叠 形成的 三 维材料 ，层间由弱 的范德华力互作用 保持结构稳 定 。从石墨烯 的 材料 特性 来看 ，石墨烯属 于柔性材料，同时具有 较高的杨氏 模量 ，导热 性和 导电 性 ，石墨 烯材 料室 下 电 子 迁 移 率[5,6]达 到 了 250000 cm2/Vs ， 导 热 率[7]达 到 了 5000m-1K-1，杨氏模 量[8]达 到了 1 TPa。单层 石 墨烯的比表 面积[9]超过了00 m2g-1，为 化学表 面 修 饰，加 工和 功 能 化设计 提 供了空间[10-15]。墨烯 在镍表面的扫 描隧 道显 微镜 图 片如图 1-1 所示 。图中 可 以 看到层石墨 烯规则的正 六边 形孔 状结构 和 石墨烯的表面缺 陷。几乎在每领域都 在研究石墨 烯及 其衍 生物，石墨 烯材 料对科学进展产 生了深的影响 ，广泛应用 于纳 米电 子学、 超 级电容器、燃料 电池 、光电 、感器、催化学 研究 等各个 领域[16-22]。

-2 还 原 石 墨 烯 泡 沫 在 近 红 外 光 照 下 收 缩 的 示 意 图 和 吸 附 液 体 的 照 片2 The schematic diagram of the contraction of a reduced graphene foam near infrared light and the optic image of the adsorbing liquid process 石墨烯基湿度致动器度 致动 器是在 外界湿度 的 变 化刺激下，感应发生 机械形变的。 通常利用材 料的 亲疏 水性的 差 异，材料的吸水 膨胀 率不同出 现差异性 。碳材料中，氧化 石墨 烯属于亲水性 材 料 ，还原 现为疏水 性 ，石墨烯较大 的比表 面 积也为基团修饰 提供了 可石 墨烯材料加 入到 致动 器的设 计 中，开发 出了 许多新的的湿件和响应 材料 。对 氧化 石墨烯 材料 结构的 研究 过程 中，Ge 和他的同 事[43]制一种对湿 度梯 度响应 的氧 化石 墨烯材 料致 动器，如图 1-3 所过 化学法制备 得到 了氧 化石墨 烯 溶液，通过 真空 过滤 得到 氧薄 膜。致动过 程中 ，亲 水性的 氧 化石墨烯膜吸水 ，形 变弯曲

西南科技大学硕士生学位论文 第 5页从 80°增加 到 160°，弯曲 速率 达到 30° s-1，超过 先前 报道 的双层 氧 化石墨烯 致动器 。Cheng 等人[44]制备 得 到 了一种在 湿度刺激 下 具有自 愈合特性的 氧化石墨烯 功能 材料。通过 冷冻 干燥 、真空抽滤 和溶液纺丝的方法制 得到了不同 形状 的氧 化石墨 烯 泡沫、片状和丝 状材 料，在湿度刺激下 ，利 用氧 化 石墨 烯材料内 部 形成 的大量氢 键网络实现了自 愈合。在湿 度致 动器中 加入氧化 石 墨 烯材料，利用 氧化 石墨烯的网络结构和内部 的分子间作 用力 ，可开发材 料 湿度传感 、仿生 设备 等功 能方面的研究。

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本文编号：2794094