石墨烯的產業化及研究方向

石墨烯的產業化及研究方向

中科院院士劉忠范曾被問“石墨烯未來的發展可能是怎樣的“時答道：我給石墨烯材料設計了三種可能未來，第二種未來類似于塑料。二十世紀初發明的塑料現在已經無處不在，極大地便利了人類的生活。這種可能性對于石墨烯材料來說，也不是夢想，它的潛在用途極其廣闊，盡管成為現實需要付出艱苦的努力。


石墨烯本身具有優異的熱、電、機械性能，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，能使塑料的熱導率提高10倍以上。


石墨烯的機械強度是鋼的100倍，可極大提高塑料的機械性能。


石墨烯表面改性后可附加不同的基團，做出智能材料。


“塑料行業可以充分利用石墨烯的功能特點，開發出特殊性能的功能塑料，擴大塑料的應用利用，使傳統的五大通用樹脂與五大工程塑料的性能進一步提升，達到通用塑料工程化、工程塑料高性能化的目標，并且使塑料的附加值進一步提高，給塑料行業帶來新的利潤增長點，推動傳統塑料產業轉型升級，促進新舊動能轉換。”


對于石墨烯的產業化及研究方向，主要在防靜電功能塑料、導熱功能塑料、高強度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過塑料膜五個方面，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1013Ω以上，限制了其在防靜電、導電等領域的大規模應用。石墨烯具有優異的導電性能，且長徑比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導率低逾滲濃度的塑料。


導熱功能塑料


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


石墨烯添加到塑料中后，能使塑料的熱導率由0.1-0.5W/m·K，達到5-10W/m·K，提高10倍以上，使塑料可應用于LED燈的散熱件、汽車散熱件、電子電器散熱殼體等領域，取代部分的金屬鋁等常用散熱材料，推進器件的輕量化，擴展塑料的應用領域。


高強度塑料


石墨烯的機械強度是鋼的100倍，可極大提高塑料的機械性能。普通的泡沫塑料EPS機械強度較低，限制了其部分應用領域。


石墨烯作為添加劑添加到EPS中，其機械強度提高2倍以上，目前已經有石墨烯在發泡塑料領域的應用，并且應用于包裝、軍工等領域。也有利用石墨烯的高強度特性，開發新型的石墨烯汽車，使用石墨烯復合塑料做為汽車的骨架及結構件，大幅降低汽車的重量，節省能源。


高氣體阻隔塑料


石墨烯是二維片層結構材料，具有超大的比表面積，并且對氣體分子具有優異的阻隔性，添加到塑料中以后，形成的網絡結構給氣體擴散提供了彎曲的通道，延長了氣體擴散路徑，可大幅度提高塑料的氣體阻隔性。在塑料密封領域，添加石墨烯可開發出耐一定壓力的塑料密封圈、密封件。


離子選擇透過塑料膜


石墨烯表面改性后可附加不同的基團，通過特定基團的選擇與排列，做出智能材料。如：可透過水但不可透過油的膜，可實現油水分離，應用于油污處理等領域。可透過水但不可透過金屬離子的膜，應用于工業污水處理、海水淡化、鹽化工等領域。

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