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上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-11-13 點擊1583次
目前石墨烯的各類合成技術(shù)都已經(jīng)成熟,，關(guān)鍵是石墨烯材料難以在其他基體中分散，是制約其大規(guī)模應(yīng)用的難點,。沒有大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯就沒有發(fā)展的動力。石墨烯為什么難以分散,？這是由于其特殊的結(jié)構(gòu)所決定的，具體原因如下：
1,、片狀結(jié)構(gòu)
石墨烯為典型的片狀結(jié)構(gòu),，尤其是化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的石墨烯厚度又很薄,，在復(fù)合過程中很容易造成片狀結(jié)構(gòu)的褶皺，嚴(yán)重的甚至變程團狀,，破壞了片狀結(jié)構(gòu)的特性,，達(dá)不到應(yīng)有的改性效果。尤其是采用CVD方法生產(chǎn)的石墨烯薄膜,，片狀結(jié)構(gòu)特性更強,。
2、分子間力
單層石墨烯層間的范德華力很大,，外來物質(zhì)和外來力很難打開,，因此難以分散在聚合物中，要采用各種方法降低分子間的范德華力,。主要方法為增加石墨烯層數(shù),，單層石墨烯的尺寸還不到1納米，比表面積太大了很容易聚集,，一般尺寸般達(dá)到10層（5納米）以上后范德華力會減弱一些,，外來物質(zhì)材可以打開，添加到復(fù)合材料中才可以分散,。但是層數(shù)要達(dá)到10層以上,，就已經(jīng)成為石墨烯片了，很多改性作用發(fā)揮不出來,。
氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)的石墨烯因采用強氧化劑氧化,，在石墨烯層之間產(chǎn)生了氧化基團，降低了分子間力,，與其他方法石墨烯相對而言其分散可能行性大大提高,。
3、相容性問題
石墨烯材料分子結(jié)構(gòu)上官能團成分很少,，純凈石墨烯與聚合物的相容性不好,。
通過前面的分析可以清晰的看出，目前制約石墨烯應(yīng)用的最大瓶頸為分散性,，為例提高其在聚合物中的分散性,，常采用如下方法：
01混合添加
采用片狀/球狀材料復(fù)合混合利于分散，如石墨烯/硫酸鋇,、石墨烯/玻璃微珠等,。
02表面處理
石墨烯為碳元素六元環(huán)構(gòu)成的穩(wěn)定化合物，呈現(xiàn)出化學(xué)惰性,，但是氧化還原法石墨烯在片狀的邊緣引入了親水基團,，可以進(jìn)行表面功能化改性。
（1）表面接枝處理 ：
采用諸如異氰酸酯、硅烷偶聯(lián)劑,、有機胺,、重氮鹽等試劑可以實現(xiàn)石墨烯的表面功能化。對單層石墨烯進(jìn)行功能團接枝改性,，這樣可以大幅度降低分子間的范德華力,，不僅讓單層分散變的很容易，還可以提高與聚合物之間的相容性,，可以制成分散均勻的石墨烯聚合物復(fù)合材料,。
例如石墨烯懸浮液與異氰酸酯在氮氣存在下反應(yīng)24小時，異氰酸酯可以與氧化還原反應(yīng)石墨烯片層的邊緣羥基或者羧基反應(yīng),，生成酰胺或者氨基甲酸酯。再如,，將氧化石墨烯在丁胺和甲苯的存在下,，三-氨丙基三乙氧基硅烷與石墨烯上的羥基反應(yīng)，可以生成硅氧鍵,，進(jìn)行功能化改性的石墨烯可以分散在水,、乙醇、DMF,、DMSO,、APTS中。
（2）表面等離子體處理： 采用四氟化碳等離子體進(jìn)行處理,。
（3）表面活性劑處理： 如聚乙烯吡咯烷酮（PVP）,、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS)、木質(zhì)素磺酸鈉（SLS）,、聚乙烯醇（PVA）,、聚氧化乙烯、聚丙烯酸,、聚甲基丙烯酸,、聚丙烯酰胺等。
（4）表面硅烷偶聯(lián)劑處理： 如用硅烷KH-560處理,。
03添加相容劑
添加馬來酸酐等功能官能團介質(zhì)聚合物材料,，可以有效提高與樹脂的相容性。具體舉例如下：
將苯基異氰酸酯功能化的石墨烯1%加入到PS中,，然后用二甲肼進(jìn)行還原,，復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到0.1S/cm。將石墨烯先制成母料,，在PC中加入3%就可以達(dá)到滲逾值,，電導(dǎo)率達(dá)到1.2×10-4S/cm。而直接加入石墨烯微片,，滲逾值高達(dá)9%,。
04原位處理技術(shù)
（1）溶液包覆
對于采用溶液法合成的石墨烯,，在合成過程中和最終產(chǎn)品都是溶液?？梢圆捎迷痪酆衔锏姆椒ㄏ葘⒋卜勰┘尤敕磻?yīng)釜,，在反應(yīng)過程中尺寸納米劑的石墨烯會在微米劑粉末上進(jìn)行反應(yīng)，最好包覆在粉末上面,，并且不會團聚,。例如深圳本征方程石墨烯有限公司在容易聚合物中對金屬銅、鎳,、氧化亞銅等您先包覆處理,，包覆銅可以達(dá)到銀的導(dǎo)電效果，包覆氧化亞銅可以大大提高其抗菌效果,。
（2）原位聚合物
在原位溶液法聚合物石墨烯的同時,，將聚合物單體如PMMA、尼龍6等和引發(fā)劑一起加入,，同時進(jìn)行聚合反應(yīng),。