ZHAOMINGYUE石墨烯

1、新型建筑納米材料新型建筑納米材料石墨烯石墨烯 graphene graphene什么是石墨烯？ 是由石墨片層上的碳原子雜化后形成穩(wěn)定的單層片狀二維蜂窩狀規(guī)則六方晶體結(jié)構(gòu)，其平均厚度僅為 0.34nm，是目前世界上已知的最薄的材料石墨烯的性能 具有優(yōu)良的力學(xué)，電學(xué)，熱學(xué)性能。 單層的石墨烯具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)，楊氏模量達到 1100 Gpa，斷裂強度是鋼鐵的 100 倍，強度到達 130 Gpa， 優(yōu)異的熱學(xué)性能，石墨烯的傳熱主要是靠聲子傳熱，導(dǎo)熱系數(shù)達到 5000W/(mK)，比金屬高10 倍以上 室溫條件下石墨烯內(nèi)部載流子可達到15000cm2/(Vs)，電阻率僅有 106 cm石墨烯片層結(jié)構(gòu)

2、圖目前填充方向石墨烯作為填料聚合物金屬，半導(dǎo)體（略）非金屬（建材）1、填充聚合物納米復(fù)合材料常用的聚合物主要有聚偏氟乙烯、聚苯乙烯 、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂 、聚氨酯 、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸 、聚丙烯、聚吡咯和聚噻吩主要性能：在聚合物中填充，主要是有效提高聚合物力學(xué)性能，導(dǎo)電性能，熱學(xué)性能。聚合物基導(dǎo)電材料 Stankovich課題組在二甲基甲酰胺(DMF) 中用異氰酸苯酯改性氧化石墨不斷攪拌溶解聚苯乙烯后，采用二甲基肼對其進行還原，成功制備了分散性良好的聚苯乙烯/石墨烯納米復(fù)合材料。當(dāng)石墨烯的體積分?jǐn)?shù)僅為0.1%時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達到510s/m 比純聚苯乙烯提高了9個數(shù)量級. 東華大學(xué)于

3、平平釆用原位聚合方法沉積PANI納米線于RGO-F網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面,RG0-F/PANI5中PANI納米線在RGO-F表面均勻分布,以此為電極組裝對稱超級電容器.其質(zhì)量比電容為725 Fg-1，體積比電容為188.5 Fcm-3,最高能量密度和功率密度分別15.9 Wh kg-和72 kW kg-i，而且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。復(fù)合材料阻溫曲線PTC材料的進一步改性研究吉林大學(xué)陳英等研究了采用新型高速機械混磨法制備聚合物基PTC 導(dǎo)電復(fù)合材料，首次系統(tǒng)地研究該方法對降低材料室溫電阻和減小導(dǎo)電填料用量，以及雙填料、雙基體復(fù)合的方法探求改善復(fù)合材料 PTC 性能的非輻照交聯(lián)方法。 阻燃改性材料Han等研

4、究了氧化石墨和石墨烯對聚苯乙烯的阻燃效果，發(fā)現(xiàn)在相同的添加量 (5%)下，石墨烯阻燃復(fù)合材料的效率最高，熱釋放速率峰值 （PHRR）下降近50%。Murariu發(fā)現(xiàn)膨脹石墨的加入顯著提高了聚乳酸的熱穩(wěn)定性，TGA分析5%失重溫度和最大熱失重溫度隨著膨脹石墨添加量的增加而增大，添加量為12% 時，兩者均提高8攝氏度，燃燒試驗證明復(fù)合材料具有很好的阻燃性，膨脹石墨的加入明顯降低了最大熱釋放速率。納米晶纖維素加強石墨烯后 ，用于制備阻燃紡織品。納米晶纖維素相當(dāng)于將石墨烯改性，增加其在聚合物紡織品中的分散程度及性能。納米晶纖維素加強石墨烯圖例 垂直燃燒試驗實際應(yīng)用2、石墨烯在建材中應(yīng)用纖維增強阻燃材料

5、中：相變材料中纖維增強水泥基體采用纖維填充可以有效減少水泥基體中的裂紋問題。人們已經(jīng)研究過或者使用了鋼纖維、碳纖維、碳納米管、芳綸纖維等對混凝土進行增強增韌，這種方法導(dǎo)致了 HPC的高成本，阻礙了 HPC 的推廣應(yīng)用。因此，尋求一種低成本增強增韌 HPC 的方法具有重要的理論意義和研究價值。而氧化石墨烯的出現(xiàn)使得低成本高效率的實現(xiàn) HPC研究現(xiàn)狀呂生華等人研究氧化石墨烯摻雜水泥凈漿，發(fā)現(xiàn)石墨烯的摻入會降低水泥凈漿流動性，但是加入減水劑可以有效改善這種現(xiàn)象。且可以有效提高水泥石力學(xué)性能。 NGO 有促使水泥水化產(chǎn)物盡可能的多形成晶體產(chǎn)物，這有助于提高混凝土的力學(xué)性能。摻入 NGO 的水泥石中晶體

6、非常致密及微晶化，說明 NGO 對于 AFt 和 AFm 起到了晶核的作用，使其形成了細(xì)小的晶體，促進晶體的生長，同時抑制晶體的長大，從而對水泥基材料起到了增強增韌的作用。他們還利用氧化石墨烯摻雜水泥膠砂，通過sem分析發(fā)現(xiàn)，隨著石墨烯摻量的略微增加，水泥膠砂晶體中針狀、葉狀等不規(guī)則晶體明顯減少，而是出現(xiàn)了大量花苞狀、多面體狀緊密排列的規(guī)則晶體。由此可見，石墨烯可以顯著改善水泥膠砂中晶體形貌，促進晶體形狀向著完整有序方向發(fā)展。既具有調(diào)控作用，可以作為晶體形成的模板。從而提高水泥膠砂力學(xué)性能。 氧化石墨烯對水泥膠砂中晶體形貌影響 不同含氧量的RGO對力學(xué)性能的影響抗凍融性測試Fan等的研究涉及了

7、石墨烯水泥基復(fù)合材料的抗凍融和抗腐蝕性能試驗，結(jié)果顯示含有石墨烯的水泥砂漿試塊經(jīng)過凍融循環(huán)后長度和質(zhì)量都有所增加，但對比未添加石墨烯的試塊均表現(xiàn)出減小的趨勢，這可能是由于石墨烯的存在使凍脹壓增加。3、石墨烯在相變材料中的應(yīng)用相變材料的種類 無機鹽類：Na2SO410H2O 、 CH3COONa3H2O 、 CaCl26H2O 、Na2PO412H2O. 特點：中性,價格便宜,導(dǎo)熱系數(shù)大,儲熱密 度大無機鹽類部分不溶于水導(dǎo)致分層過冷現(xiàn)象， 物質(zhì)在冷凝點以下才結(jié)晶。 有機類：正葵酸，十二酸，十四酸，十六酸，十八酸 特點：固體成型好、不易發(fā)生相分離及過冷現(xiàn)象、腐 蝕性較小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點導(dǎo)熱系數(shù)小,

8、熔點較低,不適于高溫場合中應(yīng)用,且易揮發(fā)易燃燒甚至爆炸或被空氣中的氧氣緩慢氧化。 復(fù)合類：？存在的問題有機相變材料的篩選和改進相變材料封裝技術(shù)相變材料與建筑材料基體復(fù)合工藝，以實現(xiàn)相變材料與建筑材料基體的相容性、穩(wěn)定性和耐久性 存在的問題存在的問題 現(xiàn)存問題是相變復(fù)合材料的經(jīng)濟性以及PCM與建材基體的相容性、穩(wěn)定性、耐久性問題。相變復(fù)合材料的經(jīng)濟性問題是制約其廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域的障礙。其一是相變儲能建筑材料的儲能可逆性和和穩(wěn)定性問題，包括多次儲能釋能循環(huán)后儲能性能的劣化、熱物理性能的退化，以及相變材料與建材基體之間的相容性其二為相變材料從基體材料中泄露出來，表現(xiàn)為在材料表面結(jié)霜；其三為相變

9、材料對基體材料的作用。包括相變材料對基體材料的腐蝕作用和在相變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致基體材料的破壞。石墨烯在建筑相變材料中應(yīng)用相變輕質(zhì)骨料后雖然其容重、導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低、比熱容顯著增大、材料蓄熱能力顯著增大，但其強度顯著降低，混凝土抗壓強度降低至2MPa3MPa，已經(jīng)不能作為承重構(gòu)件材料使用.加入石墨烯制備自保溫內(nèi)墻板。相變相變材料在建筑的應(yīng)用材料在建筑的應(yīng)用原理 ：一類是把相變材料與建筑圍護結(jié)構(gòu)結(jié)合，制成相變蓄能圍護結(jié)構(gòu)，用于建筑物室內(nèi)溫度的調(diào)控。相變蓄能圍護結(jié)構(gòu)可以大大增加圍護結(jié)構(gòu)的蓄熱作用，使建筑物室內(nèi)和室外之間的熱流波動幅度被減弱、作用時間被延遲，從而提高建筑物的溫度自調(diào)節(jié)能力和改善室內(nèi)

10、環(huán)境，達到節(jié)能和舒適的目的；另一類是把相變材料與大體積混凝土結(jié)合，制成相變溫控混凝土，用于調(diào)整反應(yīng)過程的溫度。相變溫控混凝土能有效降低混凝土內(nèi)部溫升速率、。用于建筑節(jié)能領(lǐng)域，有利于提高建筑物的熱舒適性，達到節(jié)能的目的；用于大體積混凝土，有利于解決混凝土因水泥水化熱所引起的早期開裂，改善材料耐久性武漢理工大學(xué)采用在保溫隔熱材料基體中摻入少量相變材料的方法來制備用于節(jié)能建筑外圍護結(jié)構(gòu)的高效節(jié)能型建筑保溫隔熱圍護材料。摻入相變材料不僅提高了輕質(zhì)材料的蓄熱能力，而且改善了材料的熱穩(wěn)定性，提高了材料的熱惰性，同時不影響材的強度、粘結(jié)能力、耐久性等性能相變材料在建筑的應(yīng)用相變材料在建筑的應(yīng)用更多優(yōu)勢 石墨烯作為納米材料填充水泥基復(fù)合材料的微孔隙，具有增強增韌的效果，從而提高混凝土強度和耐久性能。與此同時，石墨烯使水泥基復(fù)合材料具有壓敏性能，可以作為傳感器元件監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和裂縫開展情況。 武漢理工大學(xué)劉衡等人利用多片層石墨烯摻雜水泥基體，分