【摘要】：本文制備了石墨烯電、磁功能膜,探究了功能膜在電致動下不同的運動形式及影響因素和磁性石墨烯復合膜機械能和光能向電能的轉(zhuǎn)化。實驗首先制備了還原氧化石墨烯/硅橡膠雙層膜,分別在直流/交流電壓負載下可響應(yīng)致動,在直流電壓作用下,雙層膜可實現(xiàn)快速響應(yīng)和大的彎曲角度,交流電壓下實現(xiàn)了連續(xù)擺動。對致動的機理、影響因素、穩(wěn)定性等做了測試分析,該雙層膜具有良好的致動性和穩(wěn)定性。設(shè)計了基于電-熱機理的不同功能器件,對石墨烯電致動膜的實際應(yīng)用和仿生做了初步探索。通過磁性還原氧化石墨烯與乳膠復合,制備得到了磁性石墨烯復合膜。應(yīng)用電磁感應(yīng)原理設(shè)計裝置,分別將機械能和光能轉(zhuǎn)化為電能,實現(xiàn)了兩種不同形式能量向電能的轉(zhuǎn)化。對兩種能量轉(zhuǎn)化形式產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流等數(shù)據(jù)做了記錄與比較。該磁性石墨烯復合膜具有一定實用性,可研究作為能量轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用在功能器件制作中。
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TB383.2
【圖文】：

1 石墨烯簡介石墨 烯是 一種 sp2雜化 ，晶格按 照 六 邊形 蜂窩狀 排 列的二 維片 層 材 料[1-4]。 從 石 墨 烯 的 物 質(zhì) 來 說 ， 石 墨 烯 材 料 是 一 種 單 層 的 石 墨 ,石墨是 由石墨烯層 無限 堆疊 形成的 三 維材料 ，層間由弱 的范德華力互作用 保持結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定 。從石墨烯 的 材料 特性 來看 ，石墨烯屬 于柔性材料，同時具有 較高的楊氏 模量 ，導熱 性和 導電 性 ，石墨 烯材 料室 下 電 子 遷 移 率[5,6]達 到 了 250000 cm2/Vs ， 導 熱 率[7]達 到 了 5000m-1K-1，楊氏模 量[8]達 到了 1 TPa。單層 石 墨烯的比表 面積[9]超過了00 m2g-1，為 化學表 面 修 飾，加 工和 功 能 化設(shè)計 提 供了空間[10-15]。墨烯 在鎳表面的掃 描隧 道顯 微鏡 圖 片如圖 1-1 所示 。圖中 可 以 看到層石墨 烯規(guī)則的正 六邊 形孔 狀結(jié)構(gòu) 和 石墨烯的表面缺 陷。幾乎在每領(lǐng)域都 在研究石墨 烯及 其衍 生物，石墨 烯材 料對科學進展產(chǎn) 生了深的影響 ，廣泛應(yīng)用 于納 米電 子學、 超 級電容器、燃料 電池 、光電 、感器、催化學 研究 等各個 領(lǐng)域[16-22]。

-2 還 原 石 墨 烯 泡 沫 在 近 紅 外 光 照 下 收 縮 的 示 意 圖 和 吸 附 液 體 的 照 片2 The schematic diagram of the contraction of a reduced graphene foam near infrared light and the optic image of the adsorbing liquid process 石墨烯基濕度致動器度 致動 器是在 外界濕度 的 變 化刺激下，感應(yīng)發(fā)生 機械形變的。 通常利用材 料的 親疏 水性的 差 異，材料的吸水 膨脹 率不同出 現(xiàn)差異性 。碳材料中，氧化 石墨 烯屬于親水性 材 料 ，還原 現(xiàn)為疏水 性 ，石墨烯較大 的比表 面 積也為基團修飾 提供了 可石 墨烯材料加 入到 致動 器的設(shè) 計 中，開發(fā) 出了 許多新的的濕件和響應(yīng) 材料 。對 氧化 石墨烯 材料 結(jié)構(gòu)的 研究 過程 中，Ge 和他的同 事[43]制一種對濕 度梯 度響應(yīng) 的氧 化石 墨烯材 料致 動器，如圖 1-3 所過 化學法制備 得到 了氧 化石墨 烯 溶液，通過 真空 過濾 得到 氧薄 膜。致動過 程中 ，親 水性的 氧 化石墨烯膜吸水 ，形 變彎曲

西南科技大學碩士生學位論文 第 5頁從 80°增加 到 160°，彎曲 速率 達到 30° s-1，超過 先前 報道 的雙層 氧 化石墨烯 致動器 。Cheng 等人[44]制備 得 到 了一種在 濕度刺激 下 具有自 愈合特性的 氧化石墨烯 功能 材料。通過 冷凍 干燥 、真空抽濾 和溶液紡絲的方法制 得到了不同 形狀 的氧 化石墨 烯 泡沫、片狀和絲 狀材 料，在濕度刺激下 ，利 用氧 化 石墨 烯材料內(nèi) 部 形成 的大量氫 鍵網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了自 愈合。在濕 度致 動器中 加入氧化 石 墨 烯材料，利用 氧化 石墨烯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部 的分子間作 用力 ，可開發(fā)材 料 濕度傳感 、仿生 設(shè)備 等功 能方面的研究。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;中科院石墨烯填充導熱復合材料研究獲進展[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2017年11期

2 李文博;王旭東;宋延林;;石墨烯基墨水的制備及其在印刷電子中的應(yīng)用[J];科技導報;2017年17期

3 ;中科院合肥研究院在石墨烯填充導熱復合材料研究方面取得進展[J];潤滑與密封;2017年07期

4 新型;;先進制造所在石墨烯填充導熱復合材料研究方面取得進展[J];化工新型材料;2017年07期

5 鄭辰飛;徐榮青;諶靜;陸云清;;應(yīng)力對三維石墨烯復合材料導電性能的影響[J];應(yīng)用科學學報;2015年05期

6 ;中科院合肥研究院在石墨烯填充導熱復合材料研究方面取得進展[J];潤滑與密封;2017年06期

7 ;石墨烯應(yīng)力波導中能谷極化輸運研究取得進展[J];傳感器世界;2011年05期

8 本刊綜合;;一滴水能發(fā)電的奧秘——石墨烯展現(xiàn)新功能[J];實驗室研究與探索;2017年10期

9 陳怡玲;陸艷;胡婷婷;黃輝;;石墨烯產(chǎn)業(yè)情報分析及發(fā)展措施研究[J];輕工科技;2017年02期

10 劉洋洋;顧寶珊;鄭艷銀;梁東明;楊培燕;張啟富;;氧化石墨烯可見光催化能力的影響因素[J];材料科學與工藝;年期

相關(guān)會議論文 前10條

1 杜鋒;熊春陽;王建祥;;PDMS基底上石墨烯的浸潤行為研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 宋仕強;翟瀅皓;萬超瑛;張勇;;聚二甲基硅氧烷共聚物/氧化石墨烯復合材料的研究[A];第十二屆中國橡膠基礎(chǔ)研討會會議摘要集[C];2016年

3 曹國鑫;牛天曉;;Graphene/PDMS納米復合結(jié)構(gòu)的納米壓痕響應(yīng)[A];第十四屆全國物理力學學術(shù)會議縮編文集[C];2016年

4 高超;方波;;石墨烯宏觀組裝及多功能復合材料[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

5 李永軍;楊陽;戴靜;黃曉宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制備[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題O：共價骨架高分子與二維高分子[C];2017年

6 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纖維研究進展[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

7 方浩明;白樹林;;三維石墨烯填充高導熱彈性體[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題M：高分子共混與復合體系[C];2017年

8 許亮;鄒聰;董鑒銳;張興權(quán);羅銘;左明明;曹振興;;氧化石墨烯涂層的制備及其性能表征[A];中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題K：高性能高分子[C];2017年

9 萬小飛;甘霖;翟天佑;;通過生長-刻蝕-再生長法制備均一的單層石墨烯[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第二十一分會：π-共軛材料[C];2016年

10 陳中山;王祥科;;氧化石墨烯對鈾的高效吸附研究:批試驗和理論計算[A];中國化學會第30屆學術(shù)年會摘要集-第二十六分會：環(huán)境化學[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 王彥彬;石墨烯將怎樣改變通信？[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2016年

2 艾班;石墨烯生物材料制備成功[N];中國化工報;2014年

3 記者 姜小毛;首個純石墨烯粉末產(chǎn)品誕生[N];中國化工報;2013年

4 劉平昌 唐娟;國內(nèi)首條石墨烯薄膜生產(chǎn)線投產(chǎn)[N];中國化工報;2013年

5 記者 李東周;石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立[N];中國化工報;2013年

6 特約記者 姚耀富;江蘇成立石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟[N];中國化工報;2013年

7 朱永康;全球石墨烯市場高速增長[N];中國化工報;2013年

8 記者 李東周 通訊員 張華生;全球最大規(guī)模石墨烯生產(chǎn)線投產(chǎn)[N];中國化工報;2014年

9 郭樺;愛爾蘭開發(fā)石墨烯生產(chǎn)新方法[N];中國化工報;2014年

10 一凡;石墨烯時代不再遙遠[N];中國化工報;2014年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 袁芳;基于石墨烯材料的土霉素及8-氧代鳥嘌呤糖基化酶光學生物傳感檢測方法[D];大連理工大學;2017年

2 曾強;含磁性粒子石墨烯空心微球的設(shè)計、制備及其吸波性能[D];大連理工大學;2017年

3 陳瑩;石墨烯及過渡金屬二維硫化物為基礎(chǔ)的復合物制備及其催化應(yīng)用研究[D];天津大學;2017年

4 安浩然;氟摻雜石墨烯的制備及其電化學性能研究[D];天津大學;2017年

5 徐小兵;MoS_2基復合納米材料的制備及其電化學性能研究[D];南京大學;2018年

6 元麗華;金屬修飾多孔石墨烯儲氫性能的第一性原理研究[D];蘭州理工大學;2018年

7 黃忠;基于石墨烯等離激元的人工微結(jié)構(gòu)光學新效應(yīng)研究[D];南京大學;2018年

8 王淼;基于二維材料的憶阻器器件物理與應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];南京大學;2018年

9 葉勝威;石墨烯電光調(diào)制特性及器件研究[D];電子科技大學;2018年

10 康文斌;人類健康相關(guān)的若干蛋白質(zhì)系統(tǒng)的模擬研究[D];南京大學;2016年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 �，|;石墨烯電磁功能膜制備及性能研究[D];西南科技大學;2018年

2 宋愷;金屬陽離子修飾的氧化石墨烯功能膜理論研究[D];北京化工大學;2017年

3 Germain Clerc（熱曼）;石墨烯柔性紙及其復合材料的制備與性能[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 宋欣波;基于石墨烯的摩擦發(fā)電器件的構(gòu)建及其性能研究[D];電子科技大學;2016年

5 岳煥娟;三維石墨烯材料制備及在廢水處理中應(yīng)用[D];西南科技大學;2018年

6 陳若凡;基于石墨烯海綿制備的復合材料及薄膜電磁屏蔽性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

7 杜敏芝;石墨烯基功能紡織品制備及其性能研究[D];青島大學;2017年

8 唐晨龍;飛行器相變復合材料的石墨烯改性及傳熱機理研究[D];哈爾濱工程大學;2017年

9 陳俊杰;NiSnO_3/石墨烯復合材料作為鋰離子電池負極材料的研究[D];福建師范大學;2017年

10 陸佳杰;氧化石墨烯（GO）膜結(jié)構(gòu)調(diào)控、穩(wěn)定性研究及其應(yīng)用[D];上海師范大學;2018年

本文編號：2794094