华南理工大学：新方法制备碳气凝胶，用于柔性电子器件

本文要点：

提出一种纳米纤维碳连接方法，通过气泡模板法制备超轻 rGO/CNF 碳气凝胶（CAG）。

成果简介

超轻、高压缩性和超弹性的碳材料在可穿戴和柔性电子器件中有很大的应用前景，但由于碳材料的脆性，其制备仍然是一个挑战。 华南理工大学刘传富教授团队在《CHEMNANOMAT》 期刊发表名为“Enhancing the Mechanical Performance of Reduced Graphene Oxide Aerogel with Cellulose Nanofibers”的论文， 研究通过 增强纤维素纳米纤维 (CNF) 的氧化石墨烯 (GO) 液晶稳定气泡成功制备了超低密度、高机械性能的碳气凝胶 。

还原氧化石墨烯（rGO）纳米片中引入CNF后，通过焊接效应增强了rGO纳米片之间的相互作用，限制了rGO纳米片的滑移和微球之间的剥离，从而显著提高了材料的力学性能。所制备的碳气凝胶具有超高的压缩性（高达99%的应变）和弹性（在50%应变下10000次循环后90.1%的应力保持率和99.0%的高度保持率），通过各种方法制备的碳气凝胶均优于现有的气泡模板碳气凝胶和许多其它碳材料。这种结构特征导致了快速稳定的电流响应和对外部应变和压力的高灵敏度，使碳气凝胶能够检测非常小的压力和从手指弯曲到脉搏的各种人体运动。这些优点使得碳气凝胶在柔性电子器件中具有广阔的应用前景。

图文导读

图1、rGO/CNF 碳气凝胶的制备示意图（a）和 CNF 之间以及 CNF 和 GO 之间的相互作用（b）。没有 (c) 和 (d) 交叉偏振器的 GO/CNF 气泡乳液的 POM 图像。CAG (e) 的 SEM 图像。超轻 CAG 立在花瓣上的照片 (f)。

图2.GO (a) 和 CNF (b) 的 AFM 图像和相应的高度图像。GO（c 和 d）和 GO/CNF（e 和 f）的 SEM 图像显示了 CNF 在起皱的 GO 纳米片中的分布。rGO (g) 和 rGO/C-CNF (h) 的 TEM 图像揭示了 C-CNF 在 rGO 纳米片中的均匀分布。

图3.宏观可视化显示 rGO/CNF 碳气凝胶的超弹性（a）。具有不同 CNF 含量的碳气凝胶的密度（b）。AG 和 CAG-X 在 50% 应变下的应力-应变曲线 (c)。AG 和 CAG-X 在 50% 应变下经过 1000 次压缩循环后的应力保持率和高度保持率（d）。AG、CAG-5、CAG-10、CAG-20、CAG-30 和 CAG-50 (e) 的 SEM 图像。

图4、说明 AG (a) 和 CAG (b) 的可压缩性和弹性机制的示意图。CNF碳纳米纤维将rGO纳米片焊接在一起，限制了rGO纳米片的滑动，从而提高了机械强度和抗疲劳性。rGO/CNF 纳米片的有限元模拟（c）。

图5、CAG-20 具有超强的压缩性、弹性和抗疲劳性。CAG-20 在不同压缩应变下的应力-应变曲线 (a)。50% 应变下 1、1000、10000 和 20000 次循环的应力-应变曲线 (b)。极端应变为 99% 时的应力-应变曲线 (c)。90% 应变下 200 次循环的应力-应变曲线 (d)。CAG-20 压缩前的 SEM 图像（e）。CAG-20 在 50% 应变下经过 20,000 次压缩循环后的 SEM 图像 (f)。各种碳材料的应力/密度指数 (g)、应力保持率 (h) 和高度保持率 (i) 的比较。

图6.应变/应力——CAG-20 的电流响应和灵敏度。应变为 10% 至 70% (a) 时的电流强度。在 50% 应变和 1 V 的恒定电压下，1000 次循环的电流输出 (b)。0-100 Pa 时的线性灵敏度（插入：0.1-7 kPa 时的灵敏度）(c)。组装基于 CAG-20 的传感器 (d)。来自轻压 (e)、手指弯曲 (f)、肘部弯曲 (g) 和面部表情 (h) 的电流信号。脉搏信号检测（i）。

小结

综上所述，通过GO液晶的气泡模板法制备了具有低密度、高机械和传感性能的rGO/CNF碳气凝胶。碳化的 CNF 通过增强 rGO 纳米片之间的相互作用，在提高碳气凝胶的机械强度和结构稳定性方面发挥着至关重要的作用。 碳气凝胶表现出超高的压缩性和弹性，以及抗疲劳性。高机械性能和稳定的微观结构赋予碳气凝胶快速稳定的电流响应和高灵敏度。因此，它在用于检测生物信号的可穿戴设备中具有巨大的应用潜力。

链接：https://doi.org/10.1002/cnma.202100150

文献：

845无机材料工艺原理考试大纲

硕士生入学考试课程《无机材料工艺原理》考试大纲

考生可以根据自己的研究方向，选考以下三套题目中的一套。

第一套题：陶瓷工艺原理

1.1. 原料

1.1.1. 粘土、石英和长石的种类和性质，它们的组成与工艺性质的关系以及它们在加热过程中的物理和化学变化。

1.1.2.其它主要天然原料与化工原料的种类和性质以及它们在陶瓷坯釉料中的作用。

1.2. 坯体的工艺基础

1.2.1.传统三元陶瓷的组成特点；相图在确定陶瓷配方中的作用；配料计算。

1.2.2.可塑泥料、注浆泥浆及压制用粉料的制备方法和影响其工艺性能的因素；添加剂的种类和作用机理。

1.2.3.陶瓷材料显微结构的组成；制备工艺对显微结构和制品性能的影响。

1.2.4.影响陶瓷制品常温强度和高温强度的因素以及提高强度、克服脆性的方法。

1.3. 釉层的工艺基础

1.3.1.釉料成分的种类和性质；确定釉料配方的原则和配料计算方法 。

1.3.2.釉层形成过程的反应；不同釉料的显微结构特点；釉层显微结构与组成及工艺过程的关系。

1.3.3.釉的熔融温度范围的涵义，釉的主要性质与釉的组成和显微结构的关系；釉料与坯体的作用以及如何提高坯—釉适应性。

1.4. 生产过程

1.4.1.原料精选的基本方法；原料煅烧的目的；原料粉碎方法及其影响因素。

1.4.2.坯料制备工艺对成形性能和制品质量的影响。

1.4.3.可塑法、注浆法和压制法成形的原理和影响因素；成形工艺与产品质量的关系；成形方法选择原则；陶瓷成形新技术。

1.4.4. 主要施釉方法的特点和选择原则。

1.4.5.主要干燥方法的特点；影响干燥质量的原因；干燥方法及干燥制度的确定。

1.4.6.主要陶瓷烧成方法的特点；烧成制度和烧成方法对产品显微结构与质量的影响；陶瓷烧成新技术。

1.4.7. 陶瓷的低温快速烧成。

1.5. 其它

1.5.1. 陶瓷清洁生产技术。

1.5.2. 陶瓷工业的可持续发展问题。

1.5.3. 利用现代测试方法分析陶瓷材料的“组成—工艺过程—显微结构—性能”之间的相互关系。

第二套题：水泥与混凝土工艺

2.1 硅酸盐水泥的组成

2.1.1. 硅酸盐水泥熟料的化学成分和矿物组成

2.1.2. 硅酸盐水泥熟料的率值

2.1.3. 硅酸盐水泥的原燃料及品质要求

2.1.4. 硅酸盐水泥的配料

2.2. 硅酸盐水泥的生产工艺过程

2.2.1. 生料在煅烧过程中的物理化学变化

2.2.2. 水泥窑与煅烧工艺

2.2.3. 粉磨工艺

2.3. 硅酸盐水泥的水化硬化与性能

2.3.1. 熟料矿物的水化

2.3.2. 硅酸盐水泥的水化

2.3.3. 硬化水泥浆体结构

2.3.4. 硅酸盐水泥的性能和检验方法

2.2. 其它通用水泥

2.4.1. 矿渣、粉煤灰及火山灰质混合材料

2.4.2. 几种通用水泥的定义、技术指标和性能

2.5. 混凝土组成材料 和配合比设计

2.5.1. 粗细集料及品质要求

2.5.2. 混凝土掺合料

2.5.3. 混凝土外加剂

2.5.4. 混凝土 配合比设计

2.6. 混凝土的性能

2.6.1. 混凝土拌合物的工作性能

2.6.2. 混凝土的强度

2.6.3. 混凝土的耐久性能

2.6.4. 混凝土性能试验方法

第三套题：玻璃工艺

3.1. 玻璃结构：熟练掌握氧化物玻璃经典结构理论，非氧化物玻璃结构；能举例说明玻璃形成体、中间体和修饰体对玻璃结构和性能的影响；掌握玻璃热历史对其结构和性能的影响。

3.2. 玻璃体的生成规律：熟练掌握玻璃体的生成规律和条件，如阳离子的键强、键性和配位数规律，热力学和动力学条件.

3.3. 玻璃体的相变：了解玻璃体的分相和析晶的一般规律，掌握微晶玻璃的工艺原理和防止玻璃分相、析晶的主要措施。

3.4. 玻璃的粘度：掌握温度对粘度的关系，组成对粘度的影响，了解玻璃熔体的粘度对玻璃工艺的指导作用。

3.5. 玻璃的机械性质：了解玻璃的实际强度比理论强度低的很多的原因，掌握玻璃材料增强的主要方法。

3.6. 玻璃的热学性质和化学稳定性：熟练掌握玻璃有关热学性质的基本概念，掌握影响玻璃热膨胀系数的主要因素；掌握酸碱水对玻璃的侵蚀机理，熟练掌握影响玻璃化学稳定性的因素。

3.7. 玻璃的光学性质：熟练掌握玻璃的折射率和光学常数基本概念，掌握玻璃对光的反射、散射、吸收和透过的概念，了解玻璃增透的原理和方法。

3.8. 玻璃的着色和脱色：掌握玻璃的着色和脱色原理，了解过渡金属离子和稀土离子的光谱性质。

3.9 玻璃的熔制过程：熟练掌握熔制过程的物理、化学以及物理化学的现象和反应；掌握影响玻璃熔制过程的工艺因素；了解玻璃体缺陷的检测方法并熟练掌握缺陷的形成、影响因素以及消除方法。

3.10 光学玻璃：熟练掌握对光学玻璃的基本要求，了解光学玻璃的分类、生产工艺以及质量检验方法。

3.11 特种玻璃：掌握对激光玻璃和光学纤维的基本要求，了解其制备工艺及应用。

985无机非金属材料科学基础考试大纲

主要考查学生对材料物理化学、材料现代测试方法、粉体工程等无机非金属材料科学基础的基本知识的掌握情况，重点考查以下方面：

1.晶系、晶胞及典型晶体结构

2.熔体和玻璃体的结构与性质

3.玻璃的形成理论

4.表面与界面

5.菲克定律、扩散系数和扩散的影响因素

6.固相反应机理和影响因素

7.相变与相图

8.烧结机理和烧结的影响因素

9.无机材料工业常用的粉体制备方法及其原理和特点

10.粉体的基本测量和表征方法

11.XRD，SEM，TG，DTA，光学显微镜等无机材料物相分析和显微结构分析常用方法的原理和应用

12.无机材料实验研究方案的设计

没有提供参考书目

招办都没有提供，其他的都提供了，所以原因只有你们自己专业的懂，不懂那你就问招办去吧…我不信这里还有人更清楚…

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