氧化石墨烯膜的微结构设计调控及智能驱动研究
发布时间：2021-06-15 08:54
智能驱动器在受到外部刺激（光、热、电、湿、磁等）时,可做出响应并执行相应操作或命令,在微型机器人、信息交互、远程遥控等领域具有广阔前景。通过合理的材料选择及科学的结构设计制备驱动性能优异的智能驱动器一直是研究者们关注的重点。本文利用工艺简单的模板法设计并制备了一种具有周期梯度分段结构的氧化石墨烯（GO）膜,基于综合性能优异的GO材料,侧重探索微结构设计对驱动效果带来的影响,突破了智能驱动器常采用的复合材料或复合结构等相对复杂的设计理念。探究了其在湿度驱动领域及静电驱动领域的驱动性能,结合力学原理及驱动特点,进一步分析研究了驱动原理及应用前景,具体内容如下:（1）利用改进的Hummers法制备了 GO悬浮液,所得GO悬浮液的氧化剥离程度良好,主要构成元素O、C含量比为0.35,片层可达纳米级别。采用光栅基板为模板,通过涂覆蒸发成膜的方法制备了具有微结构的GO膜,研究了在膜制备过程中涂覆厚度对成膜难易程度及微结构构筑所带来的影响。结果表明,由于表面张力及片层堆叠的作用,随着厚度的增加（250 μm、500 μm、750μm及1000 μm）,完整剥离成膜难度降低,而表面微结构构筑难度逐渐增...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２Ｇ０－ＲＧ０复合膜湿度智能驱动器；（ａ）?ＧＯ－ＲＧＯ复合膜制备流程；（ｂ－ｃ）?ＧＯ－ＲＧＯＭ合膜??ＲＧＯ細及ＧＯ侧水接触角；（ｄ）?ＧＯ－ＲＣｉＯ?ｋ合膜断而微观电镜图［３３］
材料的ｆ台，开发探索卨性能人造肌肉，仿生多功能机器人奠??定了坚实基矗??（ａ）??ｅＯｓｏｌｕｔｉｃＭｒ＾?ＢＯＰＰ?丨，ｌｍ?＾??（?）＇??ｔｒｙ?１??？?Ｉ?Ｈ１〇??Ｌｕｗ?Ｒ１１＝２０％?Ｋｗｕｍ?１?川＝５０％?＂＇Ｕ１１?ＵＨ＝９０％??ｈｉｉｉｎｉｉｌｉｔｙ?２．５?ｃｍ１?■…ｎｕｄｉｔｙ?ｈｕｍｎｉｉｔｙ?－３．１?ｃｍ１??（ｃ）?￥?．心國卜??Ｖ＃，－?ｈｉ：??ｙＩ．??Ｌａｇｌｕ?ＯＭ＊?Ｈ２°?Ｌｉｇｈｔ?ＯＮ??图１－４?ＧＯ－ＢＯＰＰ复合膜多重响应智能驱动器；（ａ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ复合膜制备流程；（ｂ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ??Ｍ合膜湿度响应驱动示意图；（ｃ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ?Ｍ合膜光热响应驱动示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?ＧＯ－ＢＯＰＰ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｆｉｌｍ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ａｃｔｕａｔｏｒ；?（ａ）?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ??ＧＯ－ＢＯＰＰ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｆｉｌｍ；?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｉｓｔｕｒｅ?ａｃｔｕａｔｉｏｎ；?（ｃ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ??６??
?北京化工大学硕１：研究生学位论文???行还原处理可得到石墨烯材料的另一种衍生物即还原氧化石墨烯（ＲＧＯ），还原方式??包括热还原，化学还原和光还原等还原方法，对ＧＯ的含氧官能团进行有效还原，使??其表现出与ＧＥ相近的物理化学性能Ｐ１。综上所述，石墨烯及其衍生物自身所展现的??优异特性，使其在湿度驱动、光热驱动、电热驱动等多个领域拥有辽阔前景＾５５］。??Ｈａｎ的课题组报道了一种通过对ＧＯ膜进行单面紫外光（ＵＶ）辐射进而轻松制备??石墨烯基湿度智能驱动器的方法（图１－５）?＠１。由于光还原效应，ＧＯ膜的表面性能在??ＵＶ照射数十分钟后发生剧烈变化，其中ＧＯ膜上的大多数含氧基团（ＯＣＧ）已被去??除还原成ＲＧＯ。由于光还原程度由光透射率和热弛豫丼同决定控制，所以ＧＯ膜可不??被完全还原，并且可以很容易地实现自控制的光述原过程，进而成功制备可以由水分??驱动的各向异性的ＧＯ－ＲＧＯ双层结构膜。，ＲＧＯ层中的人多数ＯＣＧ都在ＵＶ还原后??被去除，而在ＧＯ层中大量的ＯＣＣＪ得以保留，故３?ＣＪＯ－ＲＧＯ双层膜鉍露在湿气中时，??由于水分子的吸附，ＧＯ层迅速膨胀而弯曲。ＯＣＧ的存在充分地解释了水分子的吸附??的差异，这是这种相对于两层间的各向异性水吸附最终会引起完全＋同的溶胀效果。??沿横向，ＧＯ片的层间间隔明显变大，巨山ｆ两侧杨氏模量的差异性，最终使得相对??湿度增加时，ＧＯ－ＲＧＯ复合膜向ＲＧＯ侧弯（ｌｆｌ，反之即向ＧＯ侧驱动形变。??（ａ）?ＵＶ?ｌｉｇｈｔ??ＧＯ?ｐａｐｅｒ?ＧＯ／ＲＧＯ?ｐａｐｅｒ?＾?｜?Ｐ??ｉ．－?ｉ．ｔｆ；??（ｂ）?ｖ．卞Ｙ＇，?＼?＂ｉｆｆ?１１??Ｃｕｒｖｉｎｇ?ＧＯ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]湿度驱动的高性能致动器与传感器:界面工程调控氧化石墨烯与乙基纤维素（英文）[J]. 杨波,毕文团,钟程安,黄明灿,倪勇,何陵辉,吴长征. Science China Materials. 2018(10)
[2]溶剂型智能驱动材料的研究进展[J]. 张大杰,刘捷,陈波,王京霞,江雷. 化学学报. 2018(06)
本文编号：3230749
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２Ｇ０－ＲＧ０复合膜湿度智能驱动器；（ａ）?ＧＯ－ＲＧＯ复合膜制备流程；（ｂ－ｃ）?ＧＯ－ＲＧＯＭ合膜??ＲＧＯ細及ＧＯ侧水接触角；（ｄ）?ＧＯ－ＲＣｉＯ?ｋ合膜断而微观电镜图［３３］
材料的ｆ台，开发探索卨性能人造肌肉，仿生多功能机器人奠??定了坚实基矗??（ａ）??ｅＯｓｏｌｕｔｉｃＭｒ＾?ＢＯＰＰ?丨，ｌｍ?＾??（?）＇??ｔｒｙ?１??？?Ｉ?Ｈ１〇??Ｌｕｗ?Ｒ１１＝２０％?Ｋｗｕｍ?１?川＝５０％?＂＇Ｕ１１?ＵＨ＝９０％??ｈｉｉｉｎｉｉｌｉｔｙ?２．５?ｃｍ１?■…ｎｕｄｉｔｙ?ｈｕｍｎｉｉｔｙ?－３．１?ｃｍ１??（ｃ）?￥?．心國卜??Ｖ＃，－?ｈｉ：??ｙＩ．??Ｌａｇｌｕ?ＯＭ＊?Ｈ２°?Ｌｉｇｈｔ?ＯＮ??图１－４?ＧＯ－ＢＯＰＰ复合膜多重响应智能驱动器；（ａ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ复合膜制备流程；（ｂ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ??Ｍ合膜湿度响应驱动示意图；（ｃ）?ＧＯ－ＢＯＰＰ?Ｍ合膜光热响应驱动示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?ＧＯ－ＢＯＰＰ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｆｉｌｍ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ?ａｃｔｕａｔｏｒ；?（ａ）?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ??ＧＯ－ＢＯＰＰ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｆｉｌｍ；?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｉｓｔｕｒｅ?ａｃｔｕａｔｉｏｎ；?（ｃ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ??６??
?北京化工大学硕１：研究生学位论文???行还原处理可得到石墨烯材料的另一种衍生物即还原氧化石墨烯（ＲＧＯ），还原方式??包括热还原，化学还原和光还原等还原方法，对ＧＯ的含氧官能团进行有效还原，使??其表现出与ＧＥ相近的物理化学性能Ｐ１。综上所述，石墨烯及其衍生物自身所展现的??优异特性，使其在湿度驱动、光热驱动、电热驱动等多个领域拥有辽阔前景＾５５］。??Ｈａｎ的课题组报道了一种通过对ＧＯ膜进行单面紫外光（ＵＶ）辐射进而轻松制备??石墨烯基湿度智能驱动器的方法（图１－５）?＠１。由于光还原效应，ＧＯ膜的表面性能在??ＵＶ照射数十分钟后发生剧烈变化，其中ＧＯ膜上的大多数含氧基团（ＯＣＧ）已被去??除还原成ＲＧＯ。由于光还原程度由光透射率和热弛豫丼同决定控制，所以ＧＯ膜可不??被完全还原，并且可以很容易地实现自控制的光述原过程，进而成功制备可以由水分??驱动的各向异性的ＧＯ－ＲＧＯ双层结构膜。，ＲＧＯ层中的人多数ＯＣＧ都在ＵＶ还原后??被去除，而在ＧＯ层中大量的ＯＣＣＪ得以保留，故３?ＣＪＯ－ＲＧＯ双层膜鉍露在湿气中时，??由于水分子的吸附，ＧＯ层迅速膨胀而弯曲。ＯＣＧ的存在充分地解释了水分子的吸附??的差异，这是这种相对于两层间的各向异性水吸附最终会引起完全＋同的溶胀效果。??沿横向，ＧＯ片的层间间隔明显变大，巨山ｆ两侧杨氏模量的差异性，最终使得相对??湿度增加时，ＧＯ－ＲＧＯ复合膜向ＲＧＯ侧弯（ｌｆｌ，反之即向ＧＯ侧驱动形变。??（ａ）?ＵＶ?ｌｉｇｈｔ??ＧＯ?ｐａｐｅｒ?ＧＯ／ＲＧＯ?ｐａｐｅｒ?＾?｜?Ｐ??ｉ．－?ｉ．ｔｆ；??（ｂ）?ｖ．卞Ｙ＇，?＼?＂ｉｆｆ?１１??Ｃｕｒｖｉｎｇ?ＧＯ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]湿度驱动的高性能致动器与传感器:界面工程调控氧化石墨烯与乙基纤维素（英文）[J]. 杨波,毕文团,钟程安,黄明灿,倪勇,何陵辉,吴长征. Science China Materials. 2018(10)
[2]溶剂型智能驱动材料的研究进展[J]. 张大杰,刘捷,陈波,王京霞,江雷. 化学学报. 2018(06)
本文编号：3230749
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3230749.html
