褶皱石墨烯微球制备与浸润性调控及其丙酮感知研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240428.002

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (4): 14-19.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240428.002

褶皱石墨烯微球制备与浸润性调控及其丙酮感知研究

汪瑞, 梅启林^*, 丁国民, 陈述慧, 徐建蓉, 姜端洋

武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070

收稿日期:2023-03-08 出版日期:2024-04-28 发布日期:2024-04-28
通讯作者: 梅启林(1970—),男,教授,主要从事树脂基复合材料方面的研究,meiqilin@whut.edu.cn。
作者简介:汪瑞(1998—),男,硕士研究生,主要从事高分子复合材料方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52003120);中央高校基本科研业务费专项资金(2022IVA004);江苏省“双创计划”项目;湖北省自然科学基金一般面上项目(2022CFB384)

Folded graphene microsphere preparation and wettability modulation and its acetone sensing study

WANG Rui, MEI Qilin^*, DING Guomin, CHEN Shuhui, XU Jianrong, JIANG Duanyang

School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Received:2023-03-08 Online:2024-04-28 Published:2024-04-28

摘要/Abstract

摘要： 为了增加表面粗糙度,获得超疏水复合材料,本文引入水-丙酮的二元溶剂,探究氧化石墨烯(GO)在二元溶剂中的分散与蒸发,而后通过喷雾油炸法,得到褶皱石墨烯微球(FGO),探究溶剂组分对浸润性的影响,最后将FGO与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合,制成对丙酮敏感的超疏水传感器。结果表明:在二元溶剂中,水的组分为20%时,GO在其中分散良好并且有不错的蒸发率,得到的FGO接触角为149.1°;制备的复合材料结合良好,具备150.2°的超疏水性能,同时能在丙酮浓度为0.03~0.075 mol/L时具有良好感知性能,灵敏度达到115 (mol/L)^-1。

关键词: 丙酮, 褶皱石墨烯微球, 复合材料, 超疏水传感器

Abstract: For the purpose of increasing the surface roughness to obtain superhydrophobic composites, this paper introduced a binary solvent of water-acetone to investigate GO dispersion and evaporation in the binary solvent. Later on, by spray frying method, FGO were obtained to investigate the effect of solvent components on the wettability. Finally, FGO was compounded with PDMS to make an acetone-sensitive superhydrophobic sensor. The results show that GO is well dispersed and has a good evaporation rate in a binary solvent with a 20% water fraction, and the obtained FGO has a contact angle of 149.1°. The prepared composites have good bonding and superhydrophobicity of 150.2°, as well as good sensing performance at acetone concentrations of 0.03~0.075 mol/L, with a sensitivity of 115 (mol/L)^-1.

Key words: acetone, folded graphene microspheres, composite materials, superhydrophobic sensors

中图分类号:

TB332

汪瑞, 梅启林, 丁国民, 陈述慧, 徐建蓉, 姜端洋. 褶皱石墨烯微球制备与浸润性调控及其丙酮感知研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 14-19.

WANG Rui, MEI Qilin, DING Guomin, CHEN Shuhui, XU Jianrong, JIANG Duanyang. Folded graphene microsphere preparation and wettability modulation and its acetone sensing study[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(4): 14-19.

参考文献

[1] 郑玲, 邓鑫, 焦晓岚, 等. 水性聚氨酯/石墨烯柔性导电复合材料制备及性能[J]. 工程塑料应用, 2022, 50(5): 27-32.
[2] 彭博, 肖运彬, 顾家宝, 等. 聚合物/石墨烯复合材料制备与性能研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 190-197.
[3] 董彬, 魏汝斌, 王小伟, 等. 石墨烯复合材料抗弹性能研究综述[J]. 兵器装备工程学报, 2021, 42(1): 137-143.
[4] 宋慧敏, 李雅菲, 韩继源, 等. 石墨烯/导电聚合物复合材料研究进展[J]. 胶体与聚合物, 2020, 38(4): 195-199, 204.
[5] 姜慧娜, 刘卷舒. 石墨烯传感器的进展综述[J]. 科技创新与应用, 2017(36): 171, 173.
[6] 程丽霞, 郝晓剑, 王任鑫, 等. 基于PDMS-石墨烯泡沫的柔性压力传感器[J]. 微纳电子技术, 2021, 58(5): 397-402.
[7] ZENG X, ZHU B, QIU W, et al. A review of the preparation and applications of wrinkled graphene oxide[J]. New Carbon Materials, 2022, 37(2): 290-302.
[8] LI Y, DAI S, JOHN J, et al. Superhydrophobic surfaces from hiera-rchically structured wrinkled polymers[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2013, 5(21): 11066-11073.
[9] DOU X Q, ZHANG D, FENG C, et al. Bioinspired hierarchical surface structures with tunable wettability for regulating bacteria adhesion[J]. ACS Nano, 2015, 9(11): 10664-10672.
[10] 刘丹敏, 施展, 张国庆, 等. 二维光电器件材料掺杂方法及影响[J]. 北京工业大学学报, 2022, 48(4): 430-442.
[11] PARK S H, KIM H K, YOON S B, et al. Spray-assisted deep-frying process for the in situ spherical assembly of graphene for energy-storage devices[J]. Chemistry of Materials, 2015, 27(2): 457-465.
[12] JISHNU A, JAYAN J S, SARITHA A, et al. Superhydrophobic graphene-based materials with self-cleaning and anticorrosion perfo-rmance: An appraisal of neoteric advancement and future perspec-tives[J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2020, 606: 125395.
[13] PARK J, LEE Y, HONG J, et al. Giant tunneling piezoresistance of composite elastomers with interlocked microdome arrays for ultrasensitive and multimodal electronic skins[J]. ACS Nano, 2014, 8(5): 4689-4697.
[14] 王永红, 杨倩倩, 刘辰, 等. 非金属超疏水纳米涂层技术的研究进展[J]. 材料导报, 2020, 34(Z1): 66-71.
[15] HAN S, MENG Q, CHAND A, et al. A comparative study of two graphene based elastomeric composite sensors[J]. Polymer Testing, 2019, 80: 106106.
[16] EL ROUBY W M A. Crumpled graphene: Preparation and applications[J]. RSC Advances, 2015, 5(82): 66767-66796.
[17] DING G, JIAO W, WANG R, et al. A biomimetic, multifunctional, superhydrophobic graphene film with self-sensing and fast recovery properties for microdroplet transportation[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5(33): 17325-17334.
[18] MEI Q, XIAO H, DING G, et al. Ultralight open-cell graphene aerogels with multiple, gradient microstructures for efficient microw-ave absorption[J]. Nanomaterials, 2022, 12(11): 1896.
[19] 丁国民. 微纳分级结构石墨烯微球的调控制备及其超浸润性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019.
[20] CASSIE A B D, BAXTER S. Wettability of porous surfaces[J]. Transactions of the Faraday Society, 1944, 40: 546-551.
[21] WENZEL R N. Resistance of solid surfaces to wetting by water[J]. Industrial & Engineering Chemistry, 1936, 28(8): 988-994.

褶皱石墨烯微球制备与浸润性调控及其丙酮感知研究

Folded graphene microsphere preparation and wettability modulation and its acetone sensing study

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张燚聪, 陈建稳. PVDF膜材双轴全域拉伸非线性及力学参数研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 5-13.
[2]	马世恒, 葛敬冉, 刘凯, 李永善, 梁军. 玻璃纤维/环氧树脂预浸料固化全过程的比热容和热导率研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 20-25.
[3]	曾塘玉, 马传国, 向阳, 邵士磊. BN粒子改性PVDF电纺纤维膜插层增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 26-32.
[4]	武顺心, 朱水文. 基于改进的Halpin-Tsai模型对颗粒增强复合材料弹性常数预测[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 33-39.
[5]	李红军, 韩杨, 宋笑非, 郑绍文, 郑超凡, 孙九霄. 孔柱锥度对纤维柱增强夹芯结构压缩性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 40-48.
[6]	刘冠三, 孙士勇, 马鑫, 韩晓缠. 基于激光加热的CF/PEEK复合材料层合板铺放工艺研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 49-55.
[7]	刘峰, 乔宇, 李雪江, 豆广征. 轻木夹芯/碳纤维复合材料结构后推构型无人机机身设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 56-62.
[8]	田潇, 文立伟, 邓朱海. 缝合增强PRSEUS构件低速冲击性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 63-75.
[9]	梁桂龙, 丛庆, 李旭, 王继辉. 混杂纤维复合材料螺旋桨的铺层结构设计与模压成型工艺[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 83-89.
[10]	张恒, 方海, 王肖淳, 夏国龙, 徐双. 小角度缠绕复合材料护岸管桩抗弯性能试验与设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 90-96.
[11]	桂林景, 张世广, 李皓, 王安康, 梁鑫河, 夏岩峰, 刘佳. 复合材料过盈铆接结构吸湿老化行为研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 97-104.
[12]	王浩东, 侯增选, 张伟超, 罗洋洋, 李彦良, 戚厚良. 基于蚁群算法的绝热层缠绕路径优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 105-110.
[13]	周欣康, 位浩杰, 陈晓龙, 王佳鑫, 卢大伟, 谢辉. 刀具磨损因素分析及对CFRP制孔质量的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 111-116.
[14]	盛洁, 刘航, 王文乐, 姜生坤, 李明霞, 黄正强, 耿铁, 蒋林. 多刺激响应型高强度复合材料柔性致动器研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 117-128.
[15]	王孟, 刘程, 张玉, 贾航, 乔越, 蹇锡高. 成型温度对CF/PPEK复合材料的缺陷和力学性能影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 5-12.