數量的上升,防腐蝕的重要性也越來越突出。據相關統計數據顯示,在世界范圍內每年因為腐蝕造成的經濟損失在7000億美元以上,我國每年因為腐蝕帶來的經濟損失也在8000億元人民幣以上。由此可以看出防腐蝕的重要性。而石墨烯作為一種新型的材料,在防腐蝕性能上表現較為優異,也常常被用作防腐橡膠。當前較為常見的應用是在環氧防腐橡膠中添加適量的石墨烯,制作成為一種新的防腐橡膠。其表現出來的性能不僅具有傳統環氧防腐橡膠中的陰極保護作用,而且在耐水性、耐硬度等方面更高,使得**終表現出來的防腐蝕性能遠超出傳統的防腐橡膠。常州第六元素氧化石墨(烯)產能達到1400噸/年,石墨烯粉產能達到100噸/年。北京導熱石墨烯復合材料圖片
在工業上目前使用的導熱高分子材料有導熱復合塑料、導熱膠黏劑、導熱涂層、導熱覆銅板及各類導熱橡膠及彈性體,如熱界面彈性體等。目前復合型絕緣導熱高分子主要是采用絕緣導熱無機粒子如氮化硼、氮化硅和氧化鋁等和聚合物基體復合而成;此外,采用導體粒子和聚合物復合制備的導熱聚合物,如碳材料、金屬填充的導熱高分子材料,適用于低絕緣或非絕緣導熱場合,其中氧化石墨烯同聚合物復合,其復合材料的導熱性能大幅提升引起社會關注。導熱高分子主要應用于功率電子元器件、電機等設備的封裝和電氣絕緣及散熱,和普通聚合物相比,具有4-10倍的熱導率。東北導熱石墨烯復合材料商家氧化石墨烯分散液含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團。
氧化石墨烯(GO)是化學氧化法制備石墨烯的一種中間產物,具有SP2(C=O、C=C等)和SP3(C-C、C-O-C、C-OH等)雜化結構,表面帶有大量的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,這些含氧官能團豐富了其表面活性,賦予了GO更多有趣的理化和生物學特性。GO具有以下特性:(1)良好的親水性,由于GO表面帶有大量的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團,使片層間存在靜電斥力,因此可以很好的分散在水中;(2)具有較大的比表面積(2630m2/g),賦予GO超高的載藥能力;(3)獨特的兩親性,由于同時含有疏水性的平面與親水性的邊緣,使其具有特殊的表面性質,疏水***物和染料可通過π-π堆積或疏水作用等對GO進行非共價修飾而負載,而含氧官能團等親水性邊緣可為功能化修飾提供活性位點;(4)固有的光學性質及光熱轉換能力,使GO不僅能實現***細胞的生物成像,還能在***水平上實現光熱***;(5)優異的機械性能,可以改善生物支架材料的空隙結構和機械性能,包括抗壓強度和抗曲強度,而且可以加強支架的生物活性。基于這些特性,GO已被廣泛應用于生物醫學和復合材料等研究領域,尤其在藥物載體、生物成像、**的光熱***及組織再造工程等方面表現出了巨大的應用潛力。
由于石墨烯獨特的電子結構及良好的導電性,因此石墨烯很有可能成為組成納米電子器件的比較好材料。目前研究**為***也是**熱門的課題之一就是制備基于石墨烯的透明導電薄膜以代替昂貴的氧化銦錫(ITO)電極。由于氧化石墨烯可大規模生產并且可加工性極好,所以以氧化石墨烯為原料制備石墨烯透明導電薄膜是一種重要的制備手段。在這種方法中,首先通過旋涂、浸涂、真空抽濾、LB組裝等方法做成氧化石墨烯薄膜,再通過化學還原或者熱還原的方法將氧化石墨烯薄膜還原成為石墨烯薄膜[116]。科學家們也開發出了其他一些利用石墨烯或者還原石墨烯的分散液制備透明導電薄膜的方法。比如,Li等人在還原氧化石墨烯之前先將體系的pH值調至10得到穩定的石墨烯分散液,再通過噴涂的方法得到了透明導電薄膜[99]。Dai課題組用―熱膨脹-插層-剝離‖得到的石墨烯分散液為原料,利用LB組裝的方法得到了石墨烯透明導電薄膜,這種薄膜的薄膜電阻為8kΩ/sq,而可見光區的透過率為83%[113]。Biswas等人利用在水/氯仿這種二元體系的界面自組裝的方法得到了電阻為100Ω/sq,可見光透過率為70%的導電薄膜[117]。Coleman課題組將在有機溶劑中直接超聲剝離的石墨烯進行抽濾成膜,得到了電阻約為3kΩ/sq。氧化石墨烯分散液可與復合材料進行原位復配,從而賦予復合材料導電、導熱、增強、阻燃、抑菌等性能。
利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導電復合材料,結果發現當石墨烯含量為2wt.%時,復合材料的導電率達到比較高2.9x10-2s/cm,作者認為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導電網絡。用格氏試劑將GO表面的羥基、環氧基和羧基格氏化,然后與TiCl4反應可制備Ziegler-Natta催化劑。利用改性過的催化劑,原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO(PP-g-GO)復合材料11。該復合材料在PP樹脂中可均勻分散,減少了GO在PP中的團聚。PP-g-GO在高溫(190°C)加工過程中,GO被初步還原,從而提高了復合材料的導電性。通過這種原位聚合的方式,1.52wt.%的GO添加量即可使復合材料達到導靜電的水平(10-6S/m)。玻纖增強復合料材質地輕、流動性好,良好的加工性能。北京導熱石墨烯復合材料圖片
石墨烯導熱性能優異,可制備導熱復合材料、散熱涂料等。北京導熱石墨烯復合材料圖片
許多對聚合物/碳納米管納米復合材料的研究目的在于開發和利用碳納米管出色的力學性能,同時對聚合物基體引入一些新的性能,比如導電性、導熱性等。但是,盡管許多工作集中在聚合物/碳納米管納米復合材料的研究上,許多問題仍然存在。相比于碳納米管,制備基于石墨烯的結構和功能體系更加可行,這是因為石墨烯具有更大的比表面積,更強的界面結合力,以及同樣出色的物理性能。完美石墨烯的楊氏模量和斷裂強度高達1TPa和130GPa[41],而制備復合材料**常用的改性及還原石墨烯的楊氏模量也可達到250GPa[57,58],高出一般的聚合物2~3個數量級,因此,在聚合物中加入改性或還原石墨烯同樣能有效地增強聚合物的力學性能。北京導熱石墨烯復合材料圖片