碳纳米材料研究综述:中国石墨烯产业奠基人突破“卡脖子”技术;近锯齿型单一手性碳纳米管宏量分离制备取得进展


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  碳纳米材料近期研究综述精选。

中国粉体网讯


浙大高超等《Science》:氧化石墨烯纤维领域取得重大突破


浙江大学高超教授/Zheng Li和西安交大刘益伦教授在《Science》期刊发表名为“Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers”的论文,研究提出了一种溶剂触发的形貌调控策略来实现材料可逆的聚合和裂变。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)纤维被选为模型,因为氧化石墨烯纤维具有二维拓扑结构、丰富的化学成分、超柔韧性和自粘接能力。


GO纤维可恢复的几何变形在这里引起了可逆的融合和裂变。这使得纤维组装系统具有动态特性,从而实现了结构之间的转换和响应性的致动。该概念通过GO涂层进一步扩展到了常规纤维,同时提供了可回收性的潜力。特征性的裂变行为构成了功能响应材料设计的通用策略。


中国石墨烯产业奠基人突破“卡脖子”技术


近日,涂料圈被一则“我国研发成功石墨烯改性涂料,打破国外长期垄断”新闻刷屏。据报道,由石墨烯产业奠基人冯冠平教授领衔的研发团队,借鉴国外的经验并结合中国国情,以石墨烯技术独立自主开发了“石墨烯复合陶瓷耐蚀树脂及涂料”。据悉这种以石墨烯改性涂料技术研发的防腐涂料,不但在品种、性能上有所突破,也扩大了其应用范围,并拥有完全自主的知识产权,彻底打破了国外的长期垄断。


美国莱斯大学实现从橡胶废料中生产石墨烯工艺


美国莱斯大学(Rice University)图尔研究团队此前于2020年10月推出的“闪蒸”石墨烯工艺现已得到进一步优化,目前已经可以实现将橡胶轮胎废料转化为石墨烯,应用于混凝土增强。



通过技术的不断改进,目前已经可以将炭黑或碎橡胶轮胎与商用炭黑材料的混合物通过“闪蒸”工艺制造石墨烯,提升碳残留物的价值。由于用这种方式获得的涡轮式乱层石墨烯是可溶的,因此可以将其轻松的与水泥混合制成更环保混凝土材料。


清华大学激光“刺绣”出蜂窝状石墨烯材料,可屏蔽99.9%的电磁波


受蜂窝结构启发,清华大学集成电路学院任天令教授联合制备出一种蜂窝状多孔石墨烯(HPG)材料,主要利用的原材料为聚酰亚胺薄膜,并主要采用了激光刻划技术。相关论文以《受蜂窝启发的多功能石墨烯微结构用于超高性能电磁干扰屏蔽与可穿戴应用》为题发表在 ACS Nano 上。



图:蜂窝状多孔石墨烯材料


郑大等:多功能磁性MXene/石墨烯气凝胶,用于高性能电磁波吸收


对于具有强吸收和宽有效吸收带宽(EAB)的新型电磁波吸收材料,在薄样品厚度和低填充水平下,巧妙的微结构设计和合适的多组分策略仍然是一个挑战。郑州大学刘春太教授,北京化工大学Hao-Bin Zhang等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Multifunctional Magnetic Ti3C2Tx MXene/Graphene Aerogel with Superior Electromagnetic Wave Absorption Performance”的论文,研究通过单向冷冻法和温和的肼蒸汽还原/改性过程,将氧化石墨烯(GO)、Ti3C2Tx MXene和Ni纳米链组装在一起,成功合成了一种介电/磁性多元Ni/Mxene/RGO(NiMR-H)气凝胶。其特性支持了NiMR-H气凝胶在航空航天、隐形武器、电磁防护等方面的潜在应用。




近锯齿型单一手性碳纳米管宏量分离制备取得进展


在国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项的支持下,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心刘华平团队在前期碳纳米管手性结构分离制备研究的基础上,发展了高精度凝胶色谱技术,突破了具有小手性角的近锯齿型单一手性碳纳米管的宏量制备瓶颈,分离制备出11种手性角小于20°的单一手性碳纳米管,其中7种近锯齿型单一手性碳纳米管的分离产量达到了次毫克量级。所分离的碳纳米管通过共价修饰能够实现通信波段单一的光子能量发射,在单光子发射器件方面表现出很好的应用前景。该成果进一步提高了我国在单一手性碳纳米管制备方面的能力,也为系统探测和调控碳纳米管的物理性质及其在信息电子、光电子、生物成像等领域的应用提供了材料基础。


宁波材料所:超小型Li2S碳纳米管复合材料,用于全固态锂硫电池


由于Li2S固有的离子/电子导电性差,实现高倍率、长循环性能的全固态锂硫电池(ASSLSBs)是一个巨大的挑战。本文,中国科学院宁波材料技术与工程研究所 姚霞银研究员团队在《ACS AMI》期刊发表明确为“Ultrasmall Li2S-Carbon Nanotube Nanocomposites for High-Rate All-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries”的论文,研究通过简单的液相方法将超小型Li2S(约15 nm)均匀地沉积在碳纳米管(CNT)上以解决这些问题。在碳纳米管复合阴极上沉积的Li2S具有独特的结构,可以有效地提高Li2S的离子/电子电导率,缓解循环过程中产生的内部应力/应变。


信息来源:材料分析与应用、中外涂料网、中国航空报、Deep Tech深科技、科技部等。

(中国粉体网编辑整理/黑金)

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