石墨烯應用瓶頸有望打破解決相容和分散兩大難題

  “石墨烯應用目前遭遇瓶頸，我們的任務就是打破瓶頸。”在7月12日于江蘇徐州舉行的橡膠高峰論壇上，青島科技大學教授辛振祥介紹，為突破石墨烯的應用瓶頸，他們以植物系材料作為分散助劑實現了石墨烯綠色宏量制備。同時,植物系材料的加入還一次性解決了石墨烯相容和分散性差兩大難題，有助于打破石墨烯的應用瓶頸。

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　　辛振祥介紹，該制備方法以石墨為原料，天然化合物—植物系材料作為分散助劑，水或有機溶劑為分散介質，采用超聲或攪拌剪切的方法從石墨中剝離制備功能化石墨烯。

　　這種方法實現了石墨烯的低成本、綠色高效制備，解決了傳統石墨烯制備成本高、工藝流程繁冗、危險系數大、可控性差以及產生有毒有害廢液等問題。在試驗室小試中，該方法在10L反應釜中的年產量可達100kg左右。而且該方法還可以通過原料選擇和設定工藝條件來控制石墨烯的層數，制備的單層或雙層石墨烯可用于電子、航空、新能源電池等領域，少層和多層石墨烯可應用于高分子材料領域。

　　制備出來的石墨烯要實現應用，還必須解決石墨烯在基體材料中分散性和相容性差這兩大難題。辛振祥團隊嘗試將加入植物系分散助劑制備的石墨烯采用濕法混煉制備成復合材料，性能檢測顯示，加入的植物系分散助劑能夠改善石墨烯在天然橡膠基體中的分散和界面黏合，使復合材料的力學性能、電性能、熱性能大幅提升。當石墨烯含量僅為1wt%時，復合材料的拉伸強度提高到28.3MPa，較基體提高了38%;復合材料電導率由基體的10-13S/m提高到10-7S/m，達到了抗靜電要求;熱導率較基體提高了17.9%。

　　辛振祥解釋說，植物系材料將酚羥基引入到石墨烯表面賦予石墨烯穩定分散的能力,同時還使石墨烯與聚合物界面形成了良好的相容性，從而一次性解決了相容和分散性差兩大難題。

　　隨后，辛振祥通過植物系材料輔助液相剝離對石墨烯表面進行功能化改性，制備出高耐磨石墨烯/聚合物密封復合材料。在此基礎上，他們又制備出高強度、高耐磨和長壽命的石墨烯/高耐磨炭黑雜化材料。