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石墨烯在导电涂料方面的研究

発表日:2017-06-07 14:42クリック回数:1178

  自2010年开始,美、英、日、韩、欧盟等国家和地区陆续投入巨资发展石墨烯科技项目,并制定了5~10a的发展规划,上升为科学技术的国家战略。我国对石墨烯的研发基本与国外同步,发展较快,部分研究已处于世界顶尖行列。  

  石墨烯具有众多优良的特点,如载流子迁移率高、电流密度大、强度高、导热率高、超薄超轻超硬,同时具有高性能传感器、可强化电子输送、催化剂、吸氢、双极半导体、无散热传输等功能。由于石墨烯的性能优良、功能众多而被广泛应用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子、散热、涂料、传感器等领域,此外,在高频电子、环保、光电、聚合物、海水淡化、太阳能电池、燃料电池、催化剂、建筑材料等领域,也能发现石墨烯的身影。    

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  本文先介绍石墨烯在导电涂料方面的研究,通过将石墨烯这种新材料在碳原子表面沉积、聚合某种物质进行改性,或在碳原子层间插入某种物质的改性方法,目前国内已取得了一些进展。为了增加石墨烯与聚合物之间的结合力,纳磐新材认为可采用不同的插层剂对石墨烯进行表面改性,改性的结果一方面减少了石墨烯之间的再凝聚,另一方面提高了其在涂料体系中的分散稳定性。  

  纳磐新材研发团队发现经二次插层获得的石墨烯用十二烷基苯磺酸钠、丙酮进行表面处理后,加入到丙烯酸涂料中,对涂层电阻检测结果表明:石墨烯的加入降低了涂层电阻率,导电性得到了提高,具有制备导电涂料的应用前景。  

  通过无机特种功能性填料与有机物或聚合物进行复合,制备具有某种特殊功能材料的方法常常为许多科研人员所采用。将苯胺单体吸附在比表面积巨大的氧化石墨烯表面,制备了氧化石墨烯-聚苯胺复合材料。由于氧化石墨烯与水具有较强的亲和力,使石墨烯-聚苯胺在水中也具有了较好的分散性。  

  在苯胺的苯环上引入亲水基团(如磺酸基、羧基等),与聚苯胺的胺基相互作用,形成自掺杂的聚苯胺,改善了聚苯胺的亲水性,再通过乳化剂实现掺杂聚苯胺的乳液化。复合材料依靠氧化石墨烯的亲水性直接改善了聚苯胺的亲水性,同时不会改变聚苯胺的导电特性,使得其环保型应用成为了可能,可应用于制备水性导电涂料。  

  国家对石墨烯产业的支持政策持续而有力,石墨烯作为先进新材料已入选《十三五新材料规划》。科学家预言,石墨烯及其制品(包含由其改性的材料)未来几年有望在电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域获得开创性的应用。石墨烯这一里程碑式的新材料会带给我们怎样的惊喜,值得期待。