透明石墨烯量子点/石英玻璃块体复合材料的制备和性能

Quantz sand is one of the superior resources of Hainan in terms of deposit and qulity. It is of great importance for Hainan to develop high-tech silica based composites as they are more value-added. The transparent graphene quntum dot/silica bulk composite is one of such materials: it may be a possible good non-linear optical material, a self-lubricating structural material, and a self-sterilization medical material etc. And, it may be used as a sample to research the properties of graphene dots in an oxide glass. The applicants hope to produce this material by rapid hot pressing and to arrange graphene layers orderly in the matrix by hot extrusion. During this process, graphene layers are expected to be curled to modify their band structure, which is possibly associated with novel physical and chemical properties. Furthermore, using silica fibers as raw material, a transparent graphene quntum dot/silica composite with orderly arranged graphene dots will be prepared by dipping graphene ink followed by sintering and heat treatment. We will systematically investigate the effects of processing parameters on the evolution of composite microstructures and relationships between the structures and properties. We will also try to elucidate the underlying mechanisms of these relationships by carrying out modeling.

海南省的石英砂品位和储量均居我国首位，开发新的高技术石英基复合材料对于海南经济发展有重要意义。其中，结构-功能一体化的石墨烯量子点/石英玻璃透明块体复合材料的研究非常重要：这种材料可能是较好的非线性光学材料；具有自润滑性的结构材料；具有自灭菌性能的医疗卫生材料等。此外，这种材料可用来研究石墨烯量子点在氧化物玻璃介质中的物理化学行为。申请者拟通过快速烧结制备这种复合材料，并尝试通过热挤出使片层结构的石墨烯量子点在玻璃基体中取向排列，使石墨烯量子点在基体中发生卷曲等变化，从而改变其能带结构，得到具有新颖光电磁性能的材料。此外，采用石英玻璃纤维，通过"蘸墨"工艺和随后的烧结及热加工，制备石墨烯量子点有序排列的石墨烯量子点/石英玻璃透明复合材料。申请者将系统研究制备工艺对其显微结构演变的规律和影响机制；了解材料的显微结构与其物理化学性能的关系，并通过与理论计算的比较，了解其深层的物理化学相互作用。

海南省的石英砂品位和储量均居我国首位，开发新的高技术石英基复合材料对于海南经济发展有重要意义。其中，结构-功能一体化的石英玻璃／石墨烯复合材料是一种具有重要应用前景的材料。本课题主要研究了以下内容：.1.首次系统开展了石英玻璃／石墨烯复合材料的制备工艺和性能研究；.2.我们对所制备材料的抗菌性能进行了初步研究；.3.石墨烯对粉体烧结过程的影响，探索对于晶粒长大的抑制作用；.4.使用纳米孔石墨烯制备光学方面的复合材料，发展了冰晶球磨法制备纳米孔石墨烯；.5.纤维状玻璃／还原石墨烯复合材料的制备工艺和力学性能研究。.本课题取得的重要结果及其科学意义：.1.首次成功制备了石英玻璃／还原石墨烯复合材料，并研究了制备工艺与材料力学，电学等方面的关系，首次较全面研究理解了这种复合材料有关性能；.2.发现所制备的石英玻璃／还原石墨烯复合材料不具备抗菌性能，这是对于先前报道的补充研究；.3.微量石墨烯大幅抑制度了陶瓷基体的晶粒长大，把传统的颗粒订扎晶界转变为石墨烯面订扎，为制备高强度陶瓷材料指明了一个新的方向；.4.发展了冰晶球磨法制备纳米孔石墨烯，不使用任何化学试剂，是一种完全绿色的制备方法；.5.微量石墨烯能够提高纤维状玻璃材料的抗拉强度10余倍，复合石墨烯是制备高性能陶瓷纤维的新方向。