材料分析与应用

研究使用极小缺陷缺陷的非氧化石墨烯薄片（NOGF）作为光热材料，这种材料能够吸收98%以上的太阳光。通过双向冷冻铸造将 NOGF 与纤维素纳米纤维 (CNF) 结合在一起，我们制造出了垂直和径向排列的太阳能蒸发器。这种混合气凝胶具有出色的太阳能吸收能力、高效的太阳能热转换能力和更好的表面润湿性。

我们开发出了可规模化生产的水性石墨烯导电油墨，该油墨采用砂磨法生产，具有环保和出色的印刷性能，可用于固态柔性微型超级电容器的高分辨率丝网印刷。特别是，这种无需昂贵设备和苛刻后处理的高浓度油墨制备方法具有简单、高效和成本效益高的特点，因此适合采用卷对卷（R2R）工艺，在各种基底上一步印刷高导电图案。

这种优异的电化学性能不仅得益于在空气中处理后获得的多孔结构，它能有效缓解充放电过程中Sb2O3的体积变化，增加电极与电解液的接触，还得益于石墨烯的高导电性和机械强度，它能增强原始 Sb2O3/多孔碳纳米纤维的机械强度。

在本研究中，通过在市场上可买到的非金属 AF/AFF 基底上直接进行石墨烯 CVD 生长，开创了GAF/GAFF的先河。值得注意的是，在γ-Al2O3-AF 上生长石墨烯的过程中，首次在非金属衬底上发现了石墨烯独特的 VSS 生长模式，这与在传统催化惰性非金属衬底上观察到的众所周知的 VS 生长模式截然不同，从而导致了石墨烯相对快速的低温生长。所提出的 VSS 生长模型大大推进了我们对非金属基底上石墨烯 CVD 生长的理解。除了实验室水平的 GAFF 制备，我们还实现了大规模 GAFF 的稳定量产。

膨胀石墨/PCM 相变复合材料可消除泄漏并提高有效导热率，而石墨烯涂层则可实现 PCM 再生的辐射冷却。该复合材料在实际 BTMS 中表现出卓越的热性能，与传统 BTMS 材料相比，温度降低了 26%。该复合材料的热控制性能可与主动冷却相媲美，从而降低了成本，提高了简便性。除 BTMS 外，这种材料预计还将应用于大量需要严格热管理的工程系统中。

研究了碳基纳米填料对雷击损伤的耐受性及其影响。比较了单层原始碳纤维增强塑料（e-CFRP）和填充了 3 wt % 石墨烯纳米片（GNP-CFRP）或 2.5 wt % 石墨烯纳米片和 0.5 wt % 碳纳米管组合（GNP/CNT-CFRP）的纳米复合材料。

这项工作为制备轻质高效电磁波吸收体提供了一种简单高效的方法，在雷达隐身防护领域具有广阔的应用前景。

获得的无序石墨烯密度高达1.18g cm-3，离子导电性比普通层状石墨烯提高了六倍，在离子液体电解质中的体积电容高达 297 F cm-3。所制造的叠层电池可提供 94.2Wh L-1 的体积能量密度和13.7 kW L-1 的功率密度，是电容式储能领域的重大突破。此外，所提出的无序石墨烯电极被组装成基于离子凝胶的全固态袋式电池，具有很高的机械稳定性和多种可选输出，展示了在实际应用中灵活储能的巨大潜力。

合成材料的拉曼光谱显示出石墨烯基材料的光谱特征，并显示出缺陷和氧含量。X 射线衍射显示了石墨晶格的特征，层间距稍大，这归因于插层官能团。X 射线光电子能谱证实 sp2 杂化碳是主要成分。高分辨率透射电子显微镜可深入了解多层结构和层间距的变化。与氧化形式的石墨烯相比，合成的原始石墨烯吸附全氟辛酸的效率几乎高出十倍，但与石墨烯基纳米复合材料相比，吸附效率略低。

结果表明，煤化程度高的无烟煤在峰值温度约3300 K时往往会形成高度石墨化的碳材料，在电容储能方面具有较高的速率能力（30Ag-1 时的容量保持率为79.1%）和较低的弛豫时间常数（τ0= 0.27s）。此外，从褐煤和烟煤中提取的低煤级闪速碳材料显示出更好的电容性能，在1Ag-1时容量超过80Fg-1。这项研究证明，FJH 技术在将煤炭转化为有价值的碳材料方面具有巨大潜力。

通过固定抗坏血酸的浓度和调整柠檬酸铵的用量，我们可以得到兼具机械和电气性能的 DrGA-2。DrGA-2 的最大应变和应力分别为 40.0% 和 21.5 千帕。同时，仅 10% 的压缩应变就足以引起 95% 的电阻变化率。将 DrGA-2 组装成电容式传感器后，在不同的应变条件下，其电容变化率从 80% 到 200% 不等，从而实现了对人体细微动作的实时监测。这证明了这种材料在这一领域的巨大潜力。

研究通过将激光直写石墨烯（LG）电极与磷酸-非离子表面活性剂液晶（PA-NI LC）凝胶电解质相结合，开发出了可在宽工作电压窗口工作的柔性对称微型超级电容器（MSC）。为了增加 MSC 器件的柔性并提高其与各向异性表面的保形能力，在聚酰亚胺（PI）薄膜表面形成相互咬合的石墨烯后，进一步将器件转移到柔性、可拉伸和透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上；该基底在弯曲测试中显示出良好的柔性和机械特性。

研究采用自蔓延还原策略，为 PIB 制备了柔性自支撑三维多孔石墨@还原氧化石墨烯（3D-G@rGO）复合薄膜。三维多孔网络不仅能有效缓解石墨的体积膨胀，还能为钾储存提供大量活性位点，并允许电解质渗透和离子快速迁移。

在先前工作的基础上，这项工作包括将石墨烯与硅树脂/环氧树脂（SR/EP、粘合剂）和生物基化合物/可膨胀石墨（MCDPM/EG、阻燃剂）一起进一步引入涂料中。设计涂料的目的集中在提高火灾隐患中的耐火效率，延长救援时间，丰富表面功能性。通过水接触角（WCA）测试验证了制备的涂层的表面润湿性。为了验证涂层可能存在超疏水性的原因，分别采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、能量色散X射线光谱（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）研究了涂层的化学结构、表面元素含量和微小形貌。

实验和数值模拟结果表明，径向-GO/PVA 气凝胶具有横向径向支柱和纵向片状支柱，并带有横向平行韧带，因此在 ISVG 方面具有多功能特性，包括优异的光吸收性能、合理的水分调节性能、良好的热管理能力和高效的排盐性能。在标准太阳辐照（1 kW-m-2）条件下，水蒸发率可达 1.58 kg-m-2-h-1。更重要的是，径向-GO/PVA 气凝胶在浓度为 20 wt % 的 NaCl 溶液中连续蒸发水超过 8 小时，表现出长期稳定性，这表明通过 ISVG 路线对高浓度盐水进行脱盐和净化具有潜在的应用前景。