中國粉體網(wǎng)訊 自2004年，由海姆和諾沃肖洛夫首先制備出石墨烯以來，作為世界上最薄的二維材料，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界總能掀起一波又一波的研究熱潮。
十幾年來，在各行各業(yè)，石墨烯不斷煥發(fā)生機(jī)，憑依著性能優(yōu)異、成本低廉、可加工性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于交通、建筑、包裝、家電、醫(yī)療、體育、電子、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域，有效的擴(kuò)大了市場范圍。
目前，將具有優(yōu)異性能的石墨烯用于塑料改性，已逐漸成為一種新的熱點(diǎn)。人們預(yù)測，有望在二十一世紀(jì)掀起一場新的技術(shù)革命。
石墨烯改性塑料的應(yīng)用
目前，國內(nèi)外對(duì)石墨烯改性塑料的研究成果豐碩，主要集中在石墨烯改善塑料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、力學(xué)性能和阻隔性能等方面。
石墨烯改性后的塑料性能更為優(yōu)異，能帶來新的市場，以下是較為成熟，頗具市場前景的四種改性塑料。
1.防靜電功能塑料
（1）聚氯乙烯(PVC)／石墨烯復(fù)合材料
塑料本身是一種絕緣材料，表面電阻高達(dá)1×1013Ω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。
石墨烯作為一種新興導(dǎo)電填料，不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，電子遷移率非常高，且橫縱比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導(dǎo)率低逾滲濃度的塑料。
（2）高密度聚乙烯(PE–HD)／石墨烯復(fù)合材料
PE–HD應(yīng)用廣泛，具有成本低、力學(xué)性能好、絕緣性能好、熱穩(wěn)定性好和加工方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于其固有絕緣性限制了應(yīng)用領(lǐng)域，因此同樣存在一些問題，如材料表面容易積聚電荷等。
石墨烯納米片(GNP)的加入可使材料導(dǎo)電性能得到改善，并且采用聚苯胺(PANI)用于封裝GNP，其可減少成本并能提升GNP在PE–HD中的分散性和相容性。
具有優(yōu)異力學(xué)性能和抗靜電性能的永久抗靜電PE–HD復(fù)合材料可以在許多行業(yè)中得到應(yīng)用。
2.導(dǎo)熱功能塑料
近幾十年來，伴隨著電子器件性能的快速提高，電子器件散熱的有效管理已成為現(xiàn)代電子工業(yè)中最為關(guān)鍵的問題之一。通常使用低模量聚
合物基復(fù)合材料制成熱界面材料來解決這個(gè)問題。
石墨烯不僅在導(dǎo)電性能方面發(fā)揮重要作用，在開發(fā)高導(dǎo)熱性能聚合物復(fù)合材料中，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。添加石墨烯后，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，取代部分金屬鋁等常用散熱材料，從而推進(jìn)器件的輕量化，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。
目前發(fā)展較好的復(fù)合材料有：熱塑性聚氨酯(PUR-T)／石墨烯復(fù)合材料、尼龍(PA)6／石墨烯復(fù)合材料、聚丙烯(PP)／石墨烯復(fù)合材料等。
3.增強(qiáng)塑料
除了上述提到的石墨烯能為塑料提供導(dǎo)電導(dǎo)熱的特性以外，其還能賦予塑料優(yōu)異的力學(xué)性能。
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，滿足汽車向輕量化發(fā)展和低能耗等需求。
當(dāng)前，石墨烯在工程塑料用量最大的兩種材料是尼龍（PA）6和尼龍(PA)66。
4.氣體阻隔功能塑料
在現(xiàn)代社會(huì)中，聚合物包裝在易變質(zhì)物(如食品和藥)的保存和分銷中起著至關(guān)重要的作用。但聚合物基包裝材料性能往往受限于對(duì)氣體和蒸汽的固有滲透性，因此，開發(fā)改進(jìn)的阻隔性塑料的研究已廣泛升級(jí)。
聚合物納米復(fù)合材料的氣體阻隔性主要由3個(gè)因素決定：填料性質(zhì)(氣體擴(kuò)散阻力、長徑比和體積分?jǐn)?shù))、聚合物基體的固有阻隔性和分散質(zhì)量(團(tuán)聚／特定界面、中間界面形成的自由體積和填料片層的結(jié)構(gòu)／取向)。
石墨烯具有高透明度、相對(duì)較大的長徑比和大的比表面積，當(dāng)其完全剝離并分散在聚合物納米復(fù)合材料中時(shí)，會(huì)使氣體滲透分子經(jīng)過更長的路徑，可大幅提高塑料的氣體阻隔性。
石墨烯復(fù)合材料改性方法
結(jié)構(gòu)完整的石墨烯表面是由不含任何不穩(wěn)定鍵的六元環(huán)組合而成的二維晶體，其表面呈惰性狀態(tài)，是典型的雙疏結(jié)構(gòu)，很難在聚合物基體中分散，這嚴(yán)重影響了石墨烯在聚合物改性中的應(yīng)用。
目前石墨烯/聚合物復(fù)合材料主要的制備方法有熔融共混法、溶液混合法、原位聚合法3種。
1.熔融共混法
熔融共混是通過物理混合熔融擠出制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料。
熔融共混是制備復(fù)合材料最經(jīng)濟(jì)的方法，也是工業(yè)化最合適的方法。但是石墨烯在聚合物基體中的分散效果很差，性能改善不佳，實(shí)際中較少采用這種方法。
2.溶液混合法
溶液混合法是目前制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料的重要方法。該方法簡單易行，石墨烯在聚合物中分散性好。缺點(diǎn)是制備過程使用大量的溶劑，去除溶劑過程也會(huì)有殘留，影響復(fù)合材料的性能。
3.原位聚合法
原位聚合是指將單體與石墨烯進(jìn)行預(yù)先混合，使單體分子插入石墨烯層間，然后再引發(fā)聚合。
原位聚合是目前解決石墨烯分散的主要方法，通過原位聚合可以得制備分散均勻、相容性好、界面結(jié)合力強(qiáng)的石墨烯/聚合物復(fù)合材料。
結(jié)語
國內(nèi)對(duì)石墨烯改性塑料雖然起步晚，但是發(fā)展速度快，面對(duì)新興領(lǐng)域的興起，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域會(huì)需要性能更高、功能更多的聚合物／石墨烯納米復(fù)合材料。
未來的很長一段時(shí)間，除了導(dǎo)電、導(dǎo)熱、增強(qiáng)和阻隔等領(lǐng)域，在電磁屏蔽、抗菌、耐摩擦等方面，石墨烯改性塑料研究也將會(huì)有著良好的發(fā)展前景。
參考來源
歐陽春平等.石墨烯制備、改性及其聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展
鄧智鵬等.石墨烯在塑料改性領(lǐng)域中的應(yīng)用
