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上海矽諾國(guó)際貿(mào)易有限公司 2020-11-13 點(diǎn)擊1441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(diǎn),。沒有大規(guī)模應(yīng)用,，石墨烯就沒有發(fā)展的動(dòng)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(tuán)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(qiáng),。
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(huì)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(qiáng)氧化劑氧化,，在石墨烯層之間產(chǎn)生了氧化基團(tuán),，降低了分子間力，與其他方法石墨烯相對(duì)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(tuán)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(tuán),，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(jī)胺,、重氮鹽等試劑可以實(shí)現(xiàn)石墨烯的表面功能化,。對(duì)單層石墨烯進(jìn)行功能團(tuán)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?dú)獯嬖谙路磻?yīng)24小時(shí)，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(tuán)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(duì)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,。可以采用原位聚合物的方法先將待包覆粉末加入反應(yīng)釜,，在反應(yīng)過程中尺寸納米劑的石墨烯會(huì)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(huì)團(tuán)聚,。例如深圳本征方程石墨烯有限公司在容易聚合物中對(duì)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(shí),，將聚合物單體如PMMA,、尼龍6等和引發(fā)劑一起加入，同時(shí)進(jìn)行聚合反應(yīng),。