材料分析与应用

得益于单层石墨烯，该柔性气体传感器实现了导电通道的高导电性及对NH₃的快速响应，且在传感器弯曲时，施加在SnO₂薄膜上的应变显著降低。该传感器展现出宽广的检测范围（0.5–100 ppm）和低至192 ppb的检测限，响应时间最快可达62秒，并在500次应变循环中保持机械稳定性。该传感器与柔性电路集成，形成具备数据传输与分析功能的可穿戴传感系统，可在多种环境中实现NH₃检测。本研究证明了基于SnO₂的柔性传感器通过高灵敏度与柔性设计，实现可穿戴应用的有效途径。

研究的一个目标是通过水热法制备石墨烯气凝胶（GA）@纤维素纳米纤维（CNFs），随后进行冻干处理。最终目标是探索将CNFs@GA引入聚乙二醇（PEG）以形成PEG/CNFs@GA复合材料的影响。

研究将氧等离子体处理的单层石墨烯嵌入Nafion膜中，可同时提升质子导电性和选择性。分子动力学模拟表明，通过等离子体处理引入的含氧功能基团形成了纳米孔，增强了石墨烯与Nafion之间的界面亲和力，从而改善了界面处的水分分布和质子传导。这种方法有效打破了导电性与选择性之间的权衡关系，为提升DMFC性能提供了可行解决方案。

研究首次报道了从丝瓜珞生物炭（LSBC）合成的三维石墨烯气凝胶复合吸附剂（LGA），用于高效去除水溶液中的亚甲蓝（MB）。该合成过程包括一个有效的碱活化热解过程，随后进行一步法溶剂热静电共组装。LSBC作为增强剂和桥接剂，有效防止石墨烯纳米片聚集，并促进三维分级多孔网络的形成。因此，LSBC为LGA赋予了多种优良性能，包括超亲水性（水接触角为8.0°）及丰富的含氧官能团。

受仿生结构启发，如蝎子腿关节和荷叶表面，提出了一种基于石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性应变传感器，其敏感性基于纳米裂纹效应。该医用胶带纳米裂纹基传感器展现出高灵敏度（GF = 1.98）、高疏水性（接触角 = 133°）及弯曲循环稳定性（5000次循环测试后ΔR/R0 < 0.2）。此外，该传感器可应用于机器人手部实现精准姿态监测与交互感知。

本文设计并制备了一种新型二维硅负极材料，其具有坚固的层间界面结构。该结构通过硅氧烯与氧化石墨烯的静电自组装，随后经镁热还原反应实现。所得层间界面具有强烈的物理粘附力和紧密接触，从而提供增强的界面稳定性，这对在快速锂离子循环和高倍率操作过程中维持电极完整性至关重要。

研究采用改进的浸渍方法，通过向聚酰亚胺（PI）中添加石墨烯（GE）作为导电增强材料，对复合涂层进行改性。在其表面覆盖有机硅涂层，合成具有电加热和疏水功能的分层复合涂层。平均电加热温度可在240秒内达到162°C，水接触角稳定在106°±0.5°。除冰实验表明，在-15°C环境下冰可明显融化。水膜在界面形成并从涂层表面脱落，显示出良好的除冰性能。

本研究提出了一种构建具有优异柔韧性和高性能电磁波吸收能力的GO增强型水凝胶的创新策略。通过利用GO含氧基团与聚合物网络之间的动态氢键作用，结合GO层间的滑动效应，GO水凝胶的断裂应变提升了1.4倍（达578.7%），且GO水凝胶的最大拉伸强度从0.10 MPa提升至0.25 MPa。同时，GO表面基团与水分子之间的氢键优化了介电性能，赋予GO水凝胶优异的阻抗匹配能力和卓越的电磁波衰减能力，如在11.2 GHz时RLmin为−43.5 dB，以及6.2 GHz的宽带宽。此外，GO水凝胶展现出卓越的热绝缘性能。本研究为开发机械耐久且高效的电磁波吸收材料奠定了基础，可应用于柔性电子设备及可穿戴电磁防护装置。

提出了一种利用工业兼容工艺实现GO在橡胶复合材料中选择性分散的方法。通过直接混合NR/GO母粒、预硫化NR颗粒、NR胶和硫化助剂，随后进行热压，可在NR/GO纳米复合材料中生成分离的GO网络。所得异质复合材料展现出优异的力学性能，其拉伸模量较同质复合材料显著提升。值得注意的是，由于分离的GO网络，N₂透过率大幅降低，在GO含量为0.5phr时，相较于同质复合材料降低了44%。

研究通过定向冻干策略，将还原石墨烯氧化物/细菌纤维素（rGO/BC）气凝胶整合到芳纶蜂窝基底（GCH）的六边形空腔中。该结构利用芳纶框架的卓越压缩强度防止气凝胶结构坍塌，而超轻rGO/BC气凝胶（不同氧化石墨烯（GO）浓度，体积密度<3 kg/m³）在不显著增加质量的情况下赋予多功能性。

研究开发了一种成本低廉、可规模化的单步化学气相沉积（CVD）工艺，将一维双壁碳纳米管（DWNTs）与二维氮掺杂石墨烯纳米片连接，实现了95.4%的高产率。所得的N-DWNTs/石墨烯混合电极展现出高导电性，并在2 A/g时具有697.8 F/g的比电容，在50 A/g时为589 F/g。

我们首次通过低温水溶液还原沉积工艺，成功将纳米级非晶硅沉积到羟基化3D-VG上，制备出具有高倍率性能和长循环寿命的Si/3D-VG多孔硅碳负极材料。其独特的2D-3D分级结构，依托3D-VG框架，将电极在完全锂化过程中的体积膨胀限制在6.3%。此外，长程有序石墨烯相较于非晶多孔碳基底，可将锂离子扩散速率提升一个至两个数量级。

研究开发了一种非侵入式防水石墨烯电生理传感器，可在盐水环境中检测多种生理信号，从而克服现有水下监测技术的局限性。通过采用原子级薄的石墨烯界面和简单的防水涂层方法，我们实现了在皮肤表面采集心电图（ECG）、肌电图（EMG）和皮肤电活动（EDA）信号。

得益于VG和CNT产生的广泛褶皱、折叠和桥接微结构，以及PDMS的协同作用，所得VG/CNT/PDMS复合薄膜展现出卓越的应变传感性能，包括宽广的传感范围（拉伸性可达~100%）、高灵敏度（量程因子可达1332.5）、 优异的线性度（R² = 0.98）、快速响应（29 ms）、超低检测限（0.1%）以及卓越的稳定性（经过1000次应变释放循环后性能无显著衰减）。除应变传感外，VG/CNT/PDMS复合薄膜还展现出卓越的多功能特性，包括疏水表面（接触角为108°）和优异的焦耳加热能力（在15V电压下2分钟内可达到110.4°C）。

本研究报道了一种基于微流控技术的湿法纺丝方法，用于制备具有0D-1D-2D分级结构的聚苯胺纳米线修饰的MXene量子点/石墨烯复合纤维（PANI@MQDs/GF）。PANI@MQDs/GFs的多组分有效结合、纳米尺度上的强协同效应以及0D-1D-2D分级结构，不仅缓解了石墨烯纳米片的重新堆叠，还增强了界面电荷转移，提供了更多可及的位点和离子动力迁移与积累的快速路径，从而实现了优异的结构稳定性和电化学性能。