【摘 要】
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将石墨烯组装成多孔材料可兼具石墨烯优良的本征性质和多孔材料特殊的结构特性。石墨烯多孔材料密度小、孔隙率大、比表面积高、亲水疏油、力学性能优、电导率高,是一类新颖
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将石墨烯组装成多孔材料可兼具石墨烯优良的本征性质和多孔材料特殊的结构特性。石墨烯多孔材料密度小、孔隙率大、比表面积高、亲水疏油、力学性能优、电导率高,是一类新颖的结构材料。改变多孔材料中石墨烯层片的堆垛方式可调控其性能。另外,石墨烯多孔结构可作为其他功能组元的载体,拓宽其应用领域。本论文以模板法为制备石墨烯基多孔材料的基本方法。首先,选择不同形状的模板,改变孔的形状和各向异性,获得具有定向长孔和球形孔的石墨烯多孔材料;其次,通过表面活性剂在不同存在形式下的模板化作用,改变孔的尺寸,气泡和胶束模板分别对应大孔和介孔结构;最后,对三种不同结构石墨烯多孔材料进行性能分析,引入其他功能化组元,探究复合材料的潜在应用,建立材料结构和性能、应用之间的对应关系。为了制备具有定向长孔结构的石墨烯多孔材料,选择定向纤维束为模板,通过浸渍和高温去除模板得到各向异性大孔石墨烯块体。块体具有各向异的力学、电学和热学特性,并能够对聚合物进行定向增强。将多孔结构/聚合物复合材料制备成为温度传感器和压缩应变传感器,不仅可以探测应变的大小,还可以探测应变的方向。为了制备具有球形孔的石墨烯多孔材料,选择表面活性剂泡沫为模板,通过冷冻干燥和高温去除模板得到了球形大孔石墨烯海绵。该材料具有较高的油类和有机溶剂吸附能力、优异的弹性和导电性。另外,结合泡沫模板法和涂膜法制备球形大孔石墨烯多孔膜。将石墨烯海绵和多孔膜作为聚合物基传感器的敏感材料,可分别用于探测压缩应变和拉伸应变。为了进一步细化孔尺寸,选择表面活性剂胶束为模板,通过抽滤和高温去除模板得到介孔石墨烯多孔膜。该材料具有高比表面积和电导率,可作为负载功能组元的基底。一方面,通过电沉积在介孔石墨烯多孔膜上负载产氢催化剂硫化钼,经多步调控和优化,得到柔性硫化钼/介孔石墨烯/碳纳米管复合材料,具有优异的催化电解水产氢性能;另一方面,采用电沉积在介孔石墨烯/碳纳米管复合膜表面沉积生物活性材料羟基磷灰石,具有与生物磷灰石相似的结构、良好的细胞黏附性和优异的生物活性。
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