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《石墨烯量子点:用于墙漆保护的石墨烯增强纳米材料。板牙。44/2018)》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-11-01

  • 石墨烯的优异性能推动了其在光学、电学、热学等领域的广泛应用。在第1803872号文章中，李宣华、魏炳清和他的同事证明了壁画可以受到石墨烯的保护。合成的Ca(OH)2/石墨烯量子点(GQD)纳米复合材料在墙面涂料保护方面表现优异，为墙面涂料保护提供了一种很有前途的新材料。

    ——文章发布于2018年10月29日

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  • 《石墨烯注入碳基纳米材料用于耐用电池》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-07-02
    • 布朗大学的一个研究小组发现了一种方法，可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍。《Matter》杂志描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场。 “人们对用陶瓷材料取代现有电池中的电解液非常感兴趣，因为它们更安全，而且能提供更高的能量密度，”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到目前为止，对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项工作中，我们将重点放在机械性能上，希望能使它们更安全、更实用、更广泛地使用。” 电解液是电池正极和负极之间的屏障，锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质工作得很好——它们被发现存在于今天使用的大多数电池中——但它们有一些问题。在大电流下，电解液内部会形成微小的锂金属丝，从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的，这些短裤可能导致火灾。 固体陶瓷电解质是不易燃的，有证据表明它们可以防止锂丝的形成，而锂丝可以使电池在更高的电流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用过程中可能会断裂。 在这项新研究中，研究人员想知道，在陶瓷中注入石墨烯——一种超强碳基纳米材料——能否提高材料的断裂韧性(一种材料承受开裂而不崩解的能力)，同时保持电解质功能所需的电子特性。 阿萨纳苏与布朗大学工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔合作，他们多年来一直在使用纳米材料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项工作中，研究人员制造了氧化石墨烯的微小血小板，将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末混合，然后将混合物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合材料。 对复合材料的力学测试表明，与单独使用陶瓷相比，复合材料的韧性增加了两倍以上。“发生的情况是，当材料开始开裂时，石墨烯血小板将破裂的表面粘合在一起，因此需要更多的能量来维持裂纹的运行，”Athanasiou说。 实验还表明，石墨烯不会影响材料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法达到增韧效果。过多会导致材料导电，这在电解质中是不需要的。 “你希望电解质能传导离子，而不是电，”帕图尔说。“石墨烯是一种良好的导电体，因此人们可能会认为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。”但如果我们将浓度保持在足够低的水平，就可以阻止石墨烯导电，同时我们仍能获得结构上的好处。” 综合来看，这些结果表明，纳米复合材料可以提供一条道路，使力学性能更安全的固体电解质用于日常应用。该小组计划继续改进这种材料，尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质。 “据我们所知，这是迄今为止所制造的最坚硬的固态电解质，”Sheldon说。“我认为，我们所展示的是，在电池应用中使用这些复合材料有很大的前景。”
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  • 《引入石墨烯量子点，让古墓壁画更“长寿”》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-11-22
    • 价值连城的古代馆藏壁画正受到日益严重的损坏。而由于具有极好的兼容性，无机纳米材料（如纳米氢氧化钙）作为一种前景良好的壁画保护材料受到广泛关注。但到目前为止，其合成方法仍然成本高，操作复杂，而且通常使用有机溶剂。 西北工业大学纳米能源材料研究中心教授魏秉庆团队近日在《先进功能材料》上发表论文称，他们利用简便经济的水溶液，巧妙地合成了氢氧化钙/石墨烯量子点杂化纳米材料，并将其成功应用于3处著名唐墓壁画的保护中，取得了良好的效果。 “研究人员通过合成氢氧化钙/石墨烯量子点杂化纳米材料，提出了全新的壁画保护概念。研究结果显示，杂化纳米材料的颗粒小、尺寸均匀，具有强粘附性，使壁画加固更可行。”魏秉庆说，此外，杂化纳米材料还具有抗紫外线能力，比无机材料具有更好的保护效果。 可更好更长时间延长壁画寿命 “壁画的结构由外而内主要包括颜料层、白灰层、草泥层、砖墙层，白灰层的主要成分是碳酸钙。”魏秉庆介绍，而白灰层容易失效导致壁画表层受损。 魏秉庆告诉科技日报记者，壁画保护材料主要分为有机和无机两大类。有机保护材料与壁画本体兼容性差、长时间使用容易老化、变脆变黄，导致机械性下降。同时，由于形成的膜不透气，壁画最终会膨胀、粉化，从而造成壁画不可修复。 而氢氧化钙等无机保护材料具有兼容性好、耐老化等优点。在施加到壁画表面后，氢氧化钙会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙从而与白灰层融为一体，提高白灰层的强度，起到保护作用。通过进一步将氢氧化钙纳米化后，其表面活性及稳定性大幅增加，可以更好更长时间延长壁画的寿命。 水溶液方法巧妙合成杂化纳米材料 自2000年意大利学者提出纳米氢氧化钙保护壁画以来，中外学者用了近20年的努力，尝试了水溶液法、醇溶液法、微乳液法和钙金属法等方法来合成纳米氢氧化钙。“然而到目前为止，合成的氢氧化钙仍旧存在着尺寸大、渗透性差等不足。”团队成员朱金萌对记者说，此外，碳化慢、加固强度低等问题仍未得到有效解决。 围绕这一问题，魏秉庆团队经过长时间系统研究，创造性引入石墨烯量子点。 “利用石墨烯量子点表面活性剂的限域效应，有效调控了氢氧化钙的成核生长动力学速率，从而实现了氢氧化钙纳米材料的可控合成，突破了困扰研究者们多年的瓶颈问题。”魏秉庆说。 新研究采用简便经济的水溶液方法巧妙地合成“氢氧化钙/石墨烯量子点”杂化纳米材料，提出了全新的壁画保护概念。研究结果显示，该材料颗粒小（约80纳米）、尺寸均匀，且对壁画颜料具有强粘附性。由于石墨烯量子点的增强作用，氢氧化钙纳米材料完全碳化成一种稳定的“方解石”相，该相对于壁画加固十分重要。 文物保护亟须与新材料研发紧密结合 壁画主要包括建筑壁画、石窟壁画和墓葬壁画。新纳米材料主要应用到墓葬壁画。墓葬壁画从时间和范围分布都很广泛，从4200年前的石峁遗址壁画到唐、宋、元、明、清历代均有发现墓葬壁画，无论数量和质量上都受到人们的极大关注。 另外唐墓壁画展示了当时社会生活的方方面面，如服饰装扮、舞蹈乐器、仪仗礼仪、传统文化等，壁画保护研究具有极为重要的意义。 一直以来，我国都将文物保护归类于社会科学领域，注重人文研究而忽视了新材料与新技术在文物保护中的应用研究。 同时，受西方国家文物保护思想和技术的影响，我国的文物保护理念和材料技术大都借鉴西方国家的经验。因此，如何发挥我国理工科学者的优势、与传统文物保护有机结合，并且形成具有中国特色的文物保护理念是材料科学与文物保护研究过程中遇到的困难。 西北工业大学充分利用陕西省文物大省的优势，与陕西省考古研究院等文保单位强强联合，创新性地将当前的新型材料技术与传统保护经验相结合。魏秉庆表示，后续团队会继续研发性能更加优异的壁画保护材料，并进一步推广这些材料的应用范围，让更多亟待修复的古代壁画获得有效保护。
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