石墨烯液晶及宏观组装纤维

【摘要】石墨烯是具有一系列优越性能的新型二维碳纳米材料,对于复合材料、能量存储、电子器件等领域有着重要的应用价值。在利用石墨烯作为构筑单元制备宏观组装材料的研究热潮中,始终存在一个挑战：如何通过有效的液相组装方法制备有序化石墨烯宏观组装材料,从而将单片石墨烯的优越性质充分转化为宏观材料的性能。针对石墨烯宏观有序组装中液相有序化和液固有序化转变这两个关键科学问题,本论文开展了相应的研究,发现了氧化石墨烯的溶致液晶性质并由此实现了高性能多功能石墨烯宏观组装纤维的连续制备。通过合成高溶解性单层氧化石墨烯,发现了其向列相液晶,确认了液晶内部的有序排列结构,绘制了液晶相图。进而通过差速离心分级制得了窄分布氧化石墨烯,发现了二维胶体液晶领域以前未见报道的手性液晶相,确认了氧化石墨烯手性液晶的准长程有序层状结构和光学活性,探索了其内部螺旋位错手性结构,提出了“螺旋层状相”结构模型,解释了新型手性液晶的结构手性来源。氧化石墨烯液晶的发现和相态确认丰富了胶体液晶的内涵,为深入研究胶体液晶物理提供了理想的二维胶体模型体系,同时液晶的液相有序化也为高性能石墨烯宏观有序材料的宏量制备奠定了基础。提出了液晶湿纺组装的有效液固有序化转变方法,实现了具有一致排列结构的高性能石墨烯纤维的连续制备,这代表了高效利用石墨制备高性能碳基纤维的一条新路线。通过调控片间作用力和纺丝工艺,分别制备出高强度、高导电率及多孔高比表面积三大系列石墨烯纤维：(1)通过大片氧化石墨烯液晶湿拉纺丝及钙离子交联,化学还原后石墨烯纤维的拉伸强度达到500MPa；通过片间硫化共价交联,石墨烯纤维拉伸强度进一步提高至1.1GPa,其断裂伸长率提高至9%,断裂能达到49MJ/m3(与商业化碳纤维T800接近)；(2)通过氧化石墨烯液晶与银纳米线复合纺丝制备了高导电银掺杂石墨烯纤维(电导率为9.3×104S/m),可作为柔性轻质导线应用于可拉伸电子电路领域；(3)采用‘冷冻干纺’法制备了轴取向多孔石墨烯气凝胶纤维,纤维兼具高表面积(884m2/g)和高比强度(188kN·m/kg)。石墨烯纤维同时具有高强度、高导电、高韧性、大伸长高断裂能等特性,是一类新型高性能碳基纤维材料,可应用于高性能纤维、柔性功能织物、柔性线型器件、高性能复合材料等领域。
【作者】许震；
【导师】高超；
【作者基本信息】浙江大学，高分子化学与物理，2013，博士
【关键词】氧化石墨烯液晶；向列相液晶；手性液晶；液相有序；石墨烯纤维；石墨烯气凝胶；

【参考文献】
[1]赵新国.圈闭要素计算方法及应用效果[J].石油地球物理勘探,1992,04:545-555.
[2]王宏雨.基于自适应观测器的永磁直线同步电机滑模变结构控制研究[D].兰州理工大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[3]张素慧.单晶式多晶体纳米金刚石复合薄膜界面结构和性能的研究[D].内蒙古科技大学,机械电子工程,2014,硕士.
[4]许功成.社会主义新农村建设中的法治问题研究[D].黑龙江大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[5]王海娇.完全学分制下的教学质量评价体系构建[D].渤海大学,现代教育技术（专业学位）,2014,硕士.
[6]薛锋.旋流燃烧器的数值研究[D].南昌航空大学,航空宇航推进理论与工程,2013,硕士.
[7]李继亮,程耿.锂离子二次电池石墨烯基负极材料研究进展[J].船电技术,2012,04:5-8.
[8]王晓亮.TC4钛合金切削温度的研究[D].沈阳理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[9]李灿.科技型中小企业研发人员知识产权激励体系研究[D].天津财经大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[10]管新岗.天津临港工业区排水信息管理系统的研究与应用[D].天津大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[11]朱树博.会计师事务所内部控制环境研究[D].首都经济贸易大学,会计学,2014,硕士.
[12]倪校.供电企业用电营销理论方法及应用研究[D].重庆大学,2002.
[13]关恒.人民币国际区域合作问题研究[D].东北师范大学,区域经济学,2014,博士.
[14]王宇.第16届世锦赛中外男篮后卫队员攻防技术运用情况的比较分析[D].河北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[15]周宾美.旅行社运营管理创新机制研究[D].湖南师范大学,旅游管理,2014,硕士.
[16]李凤新.辣根素对杂拟谷盗成虫的熏蒸活性及酶活力的影响[D].华中农业大学,农业昆虫与害虫防治,2014,硕士.
[17]唐蓉蓉.基于分数布朗运动下的有交易成本的欧式外汇期权定价研究[D].南京农业大学,应用数学,2011,硕士.
[18]张婉娴.128例新生儿坏死性小肠结肠炎临床分析[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[19]龙云.鳗鱼肌肉中氟甲喹药物残留实物标样制备方法的研究[D].福建农林大学,临床兽医学,2010,硕士.
[20]高英奇.原子吸收和原子荧光光谱分析[J].分析试验室.1989(04)
[21]矫月.伊利集团海外业务成长战略研究[D].内蒙古大学,工商管理,2013,硕士.
[22]刘雪莹.基于GIS技术的单相接地故障在线定位系统的研究[D].华北电力大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[23]李树君,高源,孙贇,张先达.水力旋流器在食品工业中的应用[J].农业机械学报.2001(05)
[24]菅璐岩.模拟电子技术与数字电子技术优势对比[J].电子制作,2015,16:106.
[25]蒋超.山东高校中年教师体育锻炼现状调查与对策研究[D].山东师范大学,体育教育训练学,2013,硕士.
[26]魏巍.基于云服务的校园微信息管理系统研究与实践[D].浙江工业大学,2013.
[27]李中秋.我国医药企业研发模式改革研究[D].东北师范大学,企业管理,2012,硕士.
[28]耿凡琪.血清Galectin-3在慢性心力衰竭中的诊断及预测价值[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[29]许燕玲.城市准公共物品—开放式公园的现实问题及对策[D].上海交通大学,公共管理,2013,硕士.
[30]陈予恕,张华彪.航空发动机整机动力学研究进展与展望[J].航空学报,2011,08:1371-1391.
[31]谭永锦.钙离子对高MMP-9状态下心肌成纤维细胞的影响[D].广东药学院,内科学,2013,硕士.
[32]顾铮铮.民事庭前准备程序研究[D].苏州大学,法律,2003,硕士.
[33]陈林苗.高校外语教师混合式课堂教学反馈研究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[34]郭怡.火车站典型公共场所安全评价研究[D].西安科技大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[35]赵小蕊.微课在银川市小学语文教学中的应用研究[D].宁夏大学,教育（专业学位）,2014,硕士.
[36]张振伟.Bmi-1和Mel-18在食管鳞癌中的表达及其临床意义[D].济南大学,外科学,2012,硕士.
[37]张泽娟.珠海港口发展战略研究[D].广东工业大学,工商管理,2013,硕士.
[38]王酉石,储诚进.结构方程模型及其在生态学中的应用[J].植物生态学报,2011,03:337-344.
[39]阳微.吕叔湘语文教育思想研究[D].扬州大学,学科教学,2011,硕士.
[40]逄轶麟.面向电力行业的企业文档管理系统的设计与实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[41]张旺喜.牙买加孔子学院书法教学研究[D].上海外国语大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[42]周永务,王圣东.非对称信息下供应链库存系统Pareto优化模型[J].控制与决策,2008,10:1163-1167.
[43]王金龙,胡治权.三维锥形滤波方法研究及应用[J].石油地球物理勘探,2012,05:705-711+844+676.
[44]买菁菁.河南省大学生创业情况调查研究[D].郑州大学,思想政治教育,2013,硕士.
[45]刘锳玮.N市特检所质量管理体系评价与改进研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[46]王定祥.中国人寿甘肃公司个险营销策略研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[47]谢玲.企业破产重整制度的法律实务问题研究[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[48]刘晓峰.造纸法再造烟叶原料及浆料的性能研究[D].华南理工大学,制浆造纸工程,2014,硕士.
[49]罗芳.基于视频监控的人体异常行为识别系统研究[D].广东工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[50]刘卫.预加固对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响研究[D].北京交通大学,2013.