石墨烯的產(chǎn)業(yè)化及研究方向

石墨烯的產(chǎn)業(yè)化及研究方向

中科院院士劉忠范曾被問(wèn)“石墨烯未來(lái)的發(fā)展可能是怎樣的“時(shí)答道：我給石墨烯材料設(shè)計(jì)了三種可能未來(lái)，第二種未來(lái)類似于塑料。二十世紀(jì)初發(fā)明的塑料現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)處不在，極大地便利了人類的生活。這種可能性對(duì)于石墨烯材料來(lái)說(shuō)，也不是夢(mèng)想，它的潛在用途極其廣闊，盡管成為現(xiàn)實(shí)需要付出艱苦的努力。


石墨烯本身具有優(yōu)異的熱、電、機(jī)械性能，添加到塑料中能全面提高塑料的性能，并賦予塑料新的功能。


石墨烯添加到塑料中后，能使塑料的熱導(dǎo)率提高10倍以上。


石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度是鋼的100倍，可極大提高塑料的機(jī)械性能。


石墨烯表面改性后可附加不同的基團(tuán)，做出智能材料。


“塑料行業(yè)可以充分利用石墨烯的功能特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出特殊性能的功能塑料，擴(kuò)大塑料的應(yīng)用利用，使傳統(tǒng)的五大通用樹(shù)脂與五大工程塑料的性能進(jìn)一步提升，達(dá)到通用塑料工程化、工程塑料高性能化的目標(biāo)，并且使塑料的附加值進(jìn)一步提高，給塑料行業(yè)帶來(lái)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，推動(dòng)傳統(tǒng)塑料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換。”


對(duì)于石墨烯的產(chǎn)業(yè)化及研究方向，主要在防靜電功能塑料、導(dǎo)熱功能塑料、高強(qiáng)度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過(guò)塑料膜五個(gè)方面，石墨烯將大展身手。


防靜電功能塑料


塑料本身是絕緣材料，表面電阻高達(dá)1013Ω以上，限制了其在防靜電、導(dǎo)電等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且長(zhǎng)徑比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導(dǎo)率低逾滲濃度的塑料。


導(dǎo)熱功能塑料


塑料的熱導(dǎo)率很低，因此限制了其在導(dǎo)熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。石墨烯-塑料之間的界面耦合作用及石墨烯本身的熱導(dǎo)率決定了石墨烯改性塑料的導(dǎo)熱性能。


石墨烯添加到塑料中后，能使塑料的熱導(dǎo)率由0.1-0.5W/m·K，達(dá)到5-10W/m·K，提高10倍以上，使塑料可應(yīng)用于LED燈的散熱件、汽車散熱件、電子電器散熱殼體等領(lǐng)域，取代部分的金屬鋁等常用散熱材料，推進(jìn)器件的輕量化，擴(kuò)展塑料的應(yīng)用領(lǐng)域。


高強(qiáng)度塑料


石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度是鋼的100倍，可極大提高塑料的機(jī)械性能。普通的泡沫塑料EPS機(jī)械強(qiáng)度較低，限制了其部分應(yīng)用領(lǐng)域。


石墨烯作為添加劑添加到EPS中，其機(jī)械強(qiáng)度提高2倍以上，目前已經(jīng)有石墨烯在發(fā)泡塑料領(lǐng)域的應(yīng)用，并且應(yīng)用于包裝、軍工等領(lǐng)域。也有利用石墨烯的高強(qiáng)度特性，開(kāi)發(fā)新型的石墨烯汽車，使用石墨烯復(fù)合塑料做為汽車的骨架及結(jié)構(gòu)件，大幅降低汽車的重量，節(jié)省能源。


高氣體阻隔塑料


石墨烯是二維片層結(jié)構(gòu)材料，具有超大的比表面積，并且對(duì)氣體分子具有優(yōu)異的阻隔性，添加到塑料中以后，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給氣體擴(kuò)散提供了彎曲的通道，延長(zhǎng)了氣體擴(kuò)散路徑，可大幅度提高塑料的氣體阻隔性。在塑料密封領(lǐng)域，添加石墨烯可開(kāi)發(fā)出耐一定壓力的塑料密封圈、密封件。


離子選擇透過(guò)塑料膜


石墨烯表面改性后可附加不同的基團(tuán)，通過(guò)特定基團(tuán)的選擇與排列，做出智能材料。如：可透過(guò)水但不可透過(guò)油的膜，可實(shí)現(xiàn)油水分離，應(yīng)用于油污處理等領(lǐng)域。可透過(guò)水但不可透過(guò)金屬離子的膜，應(yīng)用于工業(yè)污水處理、海水淡化、鹽化工等領(lǐng)域。

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