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如何看待石墨烯粉體介于應(yīng)用（例如鋰電導(dǎo)電劑,、油墨,、涂料）中間環(huán)節(jié)的分散問題,？

IKN 2017-04-12 | 閱讀：2153

分散技術(shù)乃是決定納米科技成功之關(guān)鍵。在 1998 年以前,，企業(yè)界所面臨的問題為如何提高分散研磨效率以降低勞力成本,，如染料、涂料,、油墨等產(chǎn)業(yè),；而 1998 年以后，產(chǎn)業(yè)之技術(shù)瓶頸則為如何得到微細化（納米化）之材料及如何將納米化之材料分散到最終產(chǎn)品里,。在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)納米化的過程中,，最常遇到的共同問題為所添加的納米粉體因未經(jīng)改質(zhì)而易再次凝聚，不易被分散開來,，導(dǎo)致預(yù)期的納米現(xiàn)象并沒有產(chǎn)生,。

納米粒子的顆粒細小，比表面積很大,，表面能高,，且配位嚴重不足，使它在水溶液中易於團聚,。傳統(tǒng)而言，粒子的尺寸越小,，則粒子間吸引能量越強,，即粒子的聚集效應(yīng)越大；故未經(jīng)有效表面改質(zhì)的粒子,，即使以高效率的研磨機長時間分散,，所得的效果僅短暫粉碎分散，瞬間即自行再行聚集與團聚作用,。

在做納米粉體分散或研磨時,，因為于粉體尺度由大變小的過程中，凡得瓦爾力及布朗運動現(xiàn)象逐漸明顯且重要,。所以,，如何選擇適當之助劑以避免粉體再次凝聚及如何選擇適當?shù)难心C來控制研磨漿料溫度以降低或避免布朗運動之影響，將成為濕式研磨分散方法能否成功地得到納米級粉體之研磨及分散之關(guān)鍵技術(shù),。

接著,，我們也來談?wù)劃{料的分散技術(shù)。一般處理漿料界面的方法,，有藉由復(fù)雜交互作用力,，如靜電排斥力、立體排斥力及體積排除作用力（Electrostatic, steric and excluded volume interaction）等力形成固體或液體界面的穩(wěn)定狀態(tài),，其目的不外乎是避免粉體再凝聚之產(chǎn)生,，其中最簡單的方法為藉由PH值的調(diào)整來讓納米粉體表面帶電荷,，使粉體與粉體間產(chǎn)生電斥力 ( electric repulsion )。然而納米粉體因受限于其最終產(chǎn)品應(yīng)用及配方之限制,，適用此方法之應(yīng)用并不多,。例如染整助劑中陰陽離子染料的分散劑都得考慮其適用性。

第二種常用的方法為藉由立體排斥作用力來形成固體與固體,、固體與液體間的穩(wěn)定狀態(tài),，此方法最常選用具高分子量之高分子或單體來當分散劑。當漿料之粒徑要求為微米或次微米時,，此方法效果相當好,；但當所欲分散或研磨之漿料的粒徑要求小于 100 nm 時，若仍選用具高分子量之高分子或單體來當分散劑,，當粉體被納米化時,，漿料內(nèi)之大部分體積已被高分子量之高分子或單體所形成之障礙物所占據(jù)，此時漿料容易遇到粉體容易產(chǎn)生再凝聚之現(xiàn)象,，導(dǎo)致納米現(xiàn)象無法產(chǎn)生,。

為了避免上述問題之產(chǎn)生，建議選用較低分子量之官能基來當界面改質(zhì)劑,。根據(jù)溶液化學(xué) (solution chemistry ) 的概念,，較小分子量之化學(xué)鍵所形成之官能基，將較易被接到納米粉體的表面上,。原則上,，所選用之界面改質(zhì)劑同時具有下列兩個官能基：一個官能基被設(shè)計來接到納米粉體表面，使納米粉體表面產(chǎn)生一個穩(wěn)定相,，以避免粉體之再凝聚產(chǎn)生,；另一個官能基之設(shè)計，乃根據(jù)日后該納米粉體所計劃被添加之界面(Matrix) 而定,，以避免不兼容之現(xiàn)象發(fā)生,。

其實，納米微粒的分散性問題要從納米粒子的生產(chǎn)環(huán)節(jié)去解決,，在納米粒子表面進行改質(zhì),，賦予納米粒子親水或親油╱疏水或疏油性質(zhì)，以保障在水性或油性介質(zhì)中具有某種程度的可溶性,；另外,，選擇適當?shù)募{米粒子表面改性劑以確保納米粒子不能形成硬團聚，而只能以軟團聚的形式存在,。

我在進行石墨烯塑料改質(zhì)主要是利用加工設(shè)備及高分子分散劑的效用,，在石墨烯涂料上就必須考慮潤濕及界面需要時,，去調(diào)整石墨烯的疏水／油性,，必要時還要利用官能基與 pH 值來控制懸浮性，以避免堆棧情事發(fā)生,。該怎么說呢,！這些都是理論，只有你親自去試樣才能發(fā)現(xiàn)硬道理,；但如果妳無法自行修飾石墨烯或沒有那么多款石墨烯材料可以驗證,，也許花費再多時間或金錢也搞不出好結(jié)果的～