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石墨烯未來將在塑料五大領(lǐng)域大顯身手

[ 發(fā)表日期:2018/5/17 ]

          中科院院士劉忠范曾被問“石墨烯未來的發(fā)展可能是怎樣的“時答道:我給石墨烯材料設(shè)計了三種可能未來,第二種未來類似于塑料。

         二十世紀(jì)初發(fā)明的塑料現(xiàn)在已經(jīng)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(xiàn)實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,開發(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)帶來新的利潤增長點,推動傳統(tǒng)塑料產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,促進(jìn)新舊動能轉(zhuǎn)換。”

        對于石墨烯的產(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(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,添加石墨烯可開發(fā)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(tuán),通過特定基團(tuán)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(xiàn)油水分離,應(yīng)用于油污處理等領(lǐng)域?赏高^水但不可透過金屬離子的膜,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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