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石墨烯在塑料中的應用
發(fā)表時(shí)間:2020-04-13     閱讀次數:     字體:【


提到石墨烯,相信大家已經(jīng)不陌生了,我們經(jīng)常能在各種文章中窺得它的身影。石墨烯自2004年誕生至今已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域不斷滲透,被認為是一種未來(lái)革命性材料。石墨烯擁有諸多優(yōu)異性能,如電學(xué)、熱血、機械性能等;可廣泛應用于各領(lǐng)域,如生物醫學(xué)、航空航天、材料學(xué)等領(lǐng)域。就目前而言,石墨烯主要應用于復合材料和能源上,此外在過(guò)濾凈化、儲能材料等領(lǐng)域也有部分應用,其中石墨烯復合材料可以說(shuō)是現在科研競爭十分激烈的領(lǐng)域!

塑料方面,石墨烯的產(chǎn)業(yè)化及研究方向主要在:防靜電功能塑料、導熱功能塑料、高強度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過(guò)塑料膜五方面。結合了石墨烯優(yōu)點(diǎn)的新型塑料,憑借其卓越的性能,打破了傳統工業(yè)中材料使用的限制,使塑料產(chǎn)業(yè)迎來(lái)新的利潤增長(cháng)點(diǎn),石墨烯復合塑料也因此被人們廣泛看好。接下來(lái)讓我們簡(jiǎn)單了解一下石墨烯與石墨烯塑料之間的關(guān)系:

1、導電性-防靜電

石墨烯材料具有非常好的導電性,此前英國曼徹斯特大學(xué)的國家級石墨烯研究所曾研制出一款“石墨烯燈泡”,它的燈外層涂有石墨烯,能夠延長(cháng)燈泡的使用壽命且減少10%能耗。另外,在我們的認知里,塑料是絕緣體,具有高電阻,但隨著(zhù)石墨烯的加入,這種思維將被打破。石墨烯與塑料基體結合后,使塑料的表面電阻降低,并且具有了導靜電功能。據悉,在2016年,世界首條石墨烯導靜電輪胎生產(chǎn)線(xiàn)已于我國山東青島正式投產(chǎn)運行。

2、導熱性-散熱性

普遍來(lái)講,塑料的熱導率較差,僅0.1-0.5W/m·K,但石墨烯塑料的熱導率可達到5-10W/m·K。以L(fǎng)ED燈具散熱材料領(lǐng)域為例,目前金屬材料在該領(lǐng)域應用方面正面臨難回收、能耗大、易變形等多種難題,石墨烯導熱材料相對較輕,并且兼具散熱均勻、造型靈活等優(yōu)點(diǎn),正引起科學(xué)界廣泛關(guān)注,并且根據估計,將石墨烯塑料應用在LED燈具上或可節省成本達30%以上。另一值得我們關(guān)注的是,關(guān)于5G的科研和應用正如火如荼,就目前而言,三星、華為等退出啊5G概念機的手機廠(chǎng)商已搭載石墨烯散熱設計,我們可以期待未來(lái)石墨烯材料的高散熱性將會(huì )在5G領(lǐng)域大顯身手。

3、高機械性能

石墨烯具有出色的機械性能,力學(xué)拉伸強度能達到130GPa,而這一優(yōu)勢也投射到石墨烯塑料上。高強度且輕質(zhì)量的特性使得石墨烯塑料在許多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域擁有更廣闊的使用空間,如航空航天、汽車(chē)制造等。值得一提的是,目前汽車(chē)輕量化趨勢之下,石墨烯增強材料可以代替原本汽車(chē)使用的金屬材料,保證車(chē)用材料與原來(lái)相比具有相同或更高的機械性能且有效降低汽車(chē)的整體重量。

4、高阻隔性

石墨烯的碳原子以蜂窩形結構緊密結合在一起,而石墨烯塑料繼承了石墨烯的這一特性,網(wǎng)格結構延長(cháng)了氣體擴散的路徑,對水汽和氣體有良好的阻隔性。在密封包裝領(lǐng)域,石墨烯塑料比傳統塑料擁有更大潛力,例如在水敏感材料及設備的保存上,石墨烯包裝材料能夠有效減少水汽帶來(lái)的損失,據相關(guān)機構實(shí)驗數據證實(shí),在加速老化實(shí)驗下,傳統普通塑料包裝可以維持30分鐘有效隔絕效果,而石墨烯塑料包裝能維持1年左右。

5、離子選擇透過(guò)

石墨烯在過(guò)濾凈化方面擁有很強的能力,此前曼徹斯特大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出了用以?xún)艋鬯目蓴U展的石墨烯薄膜、生產(chǎn)核用重水的石墨烯膜原型,澳大利亞聯(lián)邦科工組織(CSIRO)的科學(xué)家也開(kāi)發(fā)出用以水純化的新型石墨烯濾膜。石墨烯的緊密結構能夠允許水分子通過(guò),從而阻擋其他有害物質(zhì)。而通過(guò)表面改性后的智能材料也可以用于分離不同性質(zhì)的液體,如實(shí)現水油分離。相比傳統過(guò)濾凈化方式,石墨烯材料的凈化程序更加簡(jiǎn)單,有良好的應用前景。

除上述領(lǐng)域之外,石墨烯材料在半導體、觸摸屏、儲能電池、導電油墨等領(lǐng)域也炙手可熱,如石墨烯芯片、用于電子產(chǎn)品的柔性觸控屏幕、石墨烯和聚氨酯材料結合制作的超級電容儲能材料等一系列應用已經(jīng)陸續面世,各國都在石墨烯相關(guān)應用領(lǐng)域互相角力。未來(lái)在國際競爭上,科研實(shí)力將占據一席之地,我國是石墨烯的儲能大國,石墨烯材料的逐漸興起,不僅對我國科研方向提供了發(fā)展空間,也是我國進(jìn)一步加強科技強國戰略的有利條件。

結語(yǔ)

石墨烯被發(fā)現至今雖時(shí)間不長(cháng),但它的誕生對人類(lèi)的生產(chǎn)生活產(chǎn)生的影響卻是非?捎^(guān)的。目前石墨烯產(chǎn)業(yè)尚處于初期階段,在應用上仍有諸多難題需要突破。但是隨著(zhù)科研的逐步深入,石墨烯材料的應用領(lǐng)域會(huì )更加廣闊,我們拭目以待!


源自:塑料機械網(wǎng)

 
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