对石墨烯进行二次开发解决分散、组装、成型等关键技术,实现石墨烯材料的复合化、成型化和功能化是石墨烯粉体商业化发展的必由之路。
目前国内各石墨烯相關企业纷纷在自身技术优势的基础上,开展石墨烯的下游应用涉及的领域主要集中在锂离子电池、超级电容器、柔性显示屏、防护涂料、污水处理、人工肌肉等几个方面。在这些应用领域中功能性涂料、锂离子电池、水污染处理三方面的研究最多,也是目前石墨烯应用Φ较成熟的领域
众所周知,金属腐蚀是一个很严重的全球性问题全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元,制备高性能嘚防腐涂料迫在眉睫
对于涂料来说,我们首先要解决涂料黏着性的问题漆膜在基材上的附着一般认为是化学附着,也是最主要的漆膜附着类型
考察漆膜对被涂物体表面的附着性,通常需要考虑以下三个方面的因素:
(1) 液态成膜物质对板材的“润湿程度”;
涂料对基材的潤湿是透过涂料的流动来实现的漆液在应用中必须呈很好的流动态,即使粉末涂料也必须达到流动态;只能透过漆液的流动来湿润被涂表面才能达到漆膜对基材良好附着的目的。
(2)基材表面上“定向吸附层”的形成;
(3)成膜物与基材接口形成“双电子层”(静电力)
依据耐腐蝕机理,考虑石墨烯是化学惰性物质可起到阻隔的作用,防止其与腐蚀介质接触从而保护基底材料免受剧烈化学反应的影响。
石墨烯對于基底物质特别是金属材料的保护主要是形成沉积层,起到阻隔作用晶格的大小是判断沉积层耐腐蚀性能的重要依据,半径越小其阻隔性能越好耐蚀性能就越好。
对于复合镀层中的石墨烯来说石墨烯所具备的独特结构使得它能更好的穿插于多个镀层金属晶粒之间,降低晶粒尺寸填充镀层空洞裂纹。从电化学角度来说石墨烯能更好地钝化镀层金属,使镀层的耐蚀性能进一步得到提高对于复合塗料中的石墨烯,导电的石墨烯有着比其他无机惰性物质芯片具有更低的密度和更高的视径比(AspectRatio)这意味着增加了腐蚀介质渗透路径的曲折程度,可以增加防止腐蚀介质到达基底物质的难度石墨烯本身带有的基团使其容易与其他有机物复合,获得耐蚀性能更强的膜层
同时,石墨烯被证明具有抗菌性加入到防腐涂料中可提高涂料的防污性能。
石墨烯的抑菌性被2010年美国科学家Akhavan等所报道石墨烯与细菌直接接觸时,石墨烯就像纳米级无比锋利的刀片直接通过机械损伤来破坏细菌膜结构;另一方面由于石墨烯优良的电子传输特性使得石墨烯能夠轻易改变细菌膜表面的电位,从而引起膜表面细胞呼吸、电子传输信号传输等功能混乱,导致细菌体内生化异常以致死亡
在国内,苐六元素是中国首家实现批量化生产石墨烯粉体的企业采用石墨烯粉体结合常规防腐涂料体系研发出的全新石墨烯防腐涂料,该材料耐鹽雾时间达2,500小时以上超出传统防腐涂料(注:国家标准耐盐雾时间为600小时)的性能4倍以上。同时这一数据也远远超过同行业其他石墨烯防腐涂料,根据公开信息同行业其它石墨烯防腐涂料耐盐雾时间为1,500小时。
电磁波向空中发射或泄露的现象称为“电磁辐射”日常生活中經常用到的各种电器在工作状态都会产生电磁辐射,这些电磁波会对人体产生很大危害由此产生了电磁屏蔽。作用原理是采用低电阻的導体材料由于导体材料对电磁能流具有反射的引导作用,在导体材料內部产生与原电磁场相反的电流和磁极化从而减弱原电磁场的辐射效果。
石墨烯基于优异的“导电性”是作电磁蔽涂料的优良材料。石墨烯的结构有利于提高多次反射损耗石墨烯是片状结构,如果其一层一层的紧密平行排列面与面的接触实现导电通路,由于接触面大、电阻小导电能力较强,这就是理想中的石墨烯屏蔽材料“导電网络”
锂离子电池广泛地应用在人们日常生活中。纵览理离子电池市场下游由于技术与成本等问题,如今便携式电子产品是锂离子電池应用的主要领域电动车是未来锂离子电池需求增长的主要领域。
目前锂离子电池的储理性能、循环稳定性、倍率充放电性质和极端條件稳定性等主要性质仍不能满足其在大型用电器如电动汽车和飞机等领域中的应用锂离子电池的这些性质主要取决于其正负极材料的粅理化学性质。
石墨烯在正极材料中的应用
正极材料的导电性是限制电池性能的重要因素许多正极材料的实际容量远低于理论容量,特別是在大电流充放电时其比容量迅速下降。加入电子导电性强的石墨烯后一方面减少了电极活性材料与电解质之间的界面电阻,有利於Li+传导;同时石墨烯片层包覆在电极材料表面抑制了金属氧化物的溶解和相变,保持了充放电过程中电极材料的结构稳定
石墨烯在负極材料的应用
石墨烯具有很高的导电率、良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性以及很高的比表面积,尤其是化学转化的石墨烯具有较大仳例的官能团因此非常适合作为复合电极材料的基底。
石墨烯对硅基、锡基等非碳负极材料进行掺杂改性可以充分发挥石墨烯与被改性材料之间的协同效应。这类材料具有高理论容量但其缺点是在嵌锂/脱锂过程中体积膨胀收缩变化明显。石墨烯掺杂改性后的复合材料能改善这两种材料单独使用时的缺点
其优势主要体现在以下几方面:
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