项目名称: 近临界区CO2中超声诱导的异相成核空化特性和石墨烯片层的剥离机制

项目编号: No.51506124

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 高寒阳

作者单位: 杭州电子科技大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 石墨烯具有广泛的应用前景,近临界区CO2中耦合超声波作用可望突破石墨烯的量产化,工艺绿色环保无污染。本项目针对悬浮着石墨颗粒的近临界区CO2中的超声空化过程,采用现代先进的测试手段和理论分析方法,对超声诱导的异相成核空化现象进行在线观察;研究近临界区CO2中超声空化产生的气泡聚团、合并、收缩和崩溃特性,揭示近临界区状态参数变化导致的超声空化特征的瞬态演化规律。考查极性分子和非极性分子与不同表面特性的石墨颗粒的相互作用,分析微界面上发生的润湿、吸附、聚集等现象,探索疏水/亲水表面上超声空化气泡成核、生长和崩溃的动力学行为特征,寻找相界面上疏水/亲水作用对近临界区CO2中超声诱导的异相成核空化特性的影响规律。澄清超声空化现象是如何强化近临界CO2对石墨烯片层的剥离,阐明超声空化效应对石墨烯片层剥离的热物理作用机制。研究结果将为石墨烯大规模制备工艺的开发应用提供可靠的实验数据和理论基础。

中文关键词: 超声空化;近临界流体;石墨烯;异相成核;疏水/亲水作用

英文摘要: Graphene has broad application prospects, near-critical CO2 coupled with ultrasonic technique is expected to realize industrial production of graphene with a non-polluting manufacturing process. Aiming at analysis of ultrasonic cavitation process in CO2 near-critical region with suspended graphite particles, a visual high-pressure ultrasound reactor system will be established. By using advanced testing and theoretical analysis methods, the cavitation phenomenon of ultrasound-induced heterogeneous nucleation can be online observed and analyzed. The agglomeration, merge, shrink and collapse feature of bubbles generated from ultrasonic cavitation in near-critical CO2 will be studied, and the association between the state parameters for near -critical CO2 and the characteristics and strength of cavitation are to be clarified. The interaction between polar or non-polar molecules and graphite particles with different surface properties will be investigated, and the wetting, adsorption and aggregation at the micro interface will also be analyzed. The dynamic behaviors of nucleation, growth and collapse of ultrasonic cavitation bubbles on hydrophobic/hydrophilic surface are to be revealed, and the influence of hydrophobic/hydrophilic interfacial interaction on cavitation of ultrasonic-induced heterogeneous nucleation in near-critical CO2 will be uncovered. The impact of particle wettability on its adsorption of dissolved gas, and the influence of gas adsorption behavior on the cavitation of ultrasound-induced heterogeneous nucleation are to be investigated. How the ultrasonic cavitation accelerate the intercalation and exfoliation of graphite into graphene at near-critical point will be examined, and the thermalphysics mechanism of ultrasound cavitation on the intercalation and exfoliation will also be explored. This Project will provide a reliable theoretical basis and experimental data for the development and application of graphene technology.

英文关键词: ultrasonic cavitation;near-critical fluid;graphene;heterogeneous nucleation;hydrophobic/hydrophilic interfacial interaction

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