项目名称: γ射线诱导三维超强石墨烯体可控构建机制研究

项目编号: No.51502202

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 陈磊

作者单位: 天津工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 整合二维石墨烯片以构建三维石墨烯体,在聚合物力学增强领域展现出了广阔的应用前景。本项目针对目前“石墨烯体自身力学性能弱”的问题,采用γ辐照技术处理丙烯酰胺中的氧化石墨得到石墨烯水凝胶,将其冷冻干燥制得具有超强力学性能的石墨烯体。首先明确辐照下三维结构体中的石墨烯片微结构变化规律;其次,引入γ射线诱导的凝胶动力学理论及冻干过程中冰晶成型、升华模型,分析石墨烯片层结构及制备条件参数等对石墨烯体精细结构的影响,探索石墨烯体结构演化规律;再者表征石墨烯体力学性能,研究石墨烯体结构与其力学性能的构效关系;最终建立“原料组成-辐射条件-石墨烯片层结构-冻干工艺-石墨烯体结构-石墨烯体力学性能”中多参数耦合作用关系,掌握基于γ辐照的三维超强石墨烯体可控构建方法。项目将为γ辐照技术在碳纳米材料制备及改性领域应用提供理论依据和实验基础,对于推动石墨烯衍生物材料的开发和应用具有重要的理论价值和现实意义。

中文关键词: 三维石墨烯结构体;γ射线辐照技术;纳米复合材料;机械性能;可控制备

英文摘要: The 3 dimensional graphene architectures (3DGs) integrated by 2 dimensional graphene sheets (2D) show a great potential in the field of polymer reinforcement. In our project, to solve the problem of “weak mechanical properties of the existing 3DGs”, 3DGs with super mechanical properties are successfully fabricated by irradiating the mixture of graphite oxide and acrylicamide aqueous solution with γ rays and then lyophilizing the graphene hydrogel produced by irradiation. Firstly, the change trend of the structure of graphene sheets in 3DGs is assured. Secondly, the influences of graphene sheet structures and fabrication parameters on the structures of 3DGs and the change rules of 3DGs structures are discussed according to the theory of gelation of kinetics and the model of ice crystal shaping and sublimation. Thirdly, the mechanical properties of 3DGs are evaluated to study the impact of structures on mechanical properties of 3DGs. At last, the relation among “the component of original materials – irradiation parameters – structure of graphene sheets – lyophilization parameters – structure of 3DGs – mechanical properties of 3DGs” is investigated and then the controllable fabrication technique of 3DGs is grasped. This project can supply a theory evidence and an experiment base for applying the γ ray technique in the producing and modifying carbon nanomaterials. It will show a great theory value and realistic meaning for promoting the development and application of graphene derivant.

英文关键词: 3 dimensional graphene architectures;γ ray irradiation technique;nanocomposites;mechanical properties;controllable fabrication

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