一次性解决相容和分散两大难题 '石墨烯应用目前遭遇瓶颈, 我们的任务就是打破瓶颈. ' 在7月12日于江苏徐州举行的橡胶高峰论坛上, 青岛科技大学教授辛振祥介绍, 为突破石墨烯的应用瓶颈, 他们以植物系材料作为分散助剂实现了石墨烯绿色宏量制备. 同时, 植物系材料的加入还一次性解决了石墨烯相容和分散性差两大难题, 有助于打破石墨烯的应用瓶颈.
辛振祥介绍, 该制备方法以石墨为原料, 天然化合物—植物系材料作为分散助剂, 水或有机溶剂为分散介质, 采用超声或搅拌剪切的方法从石墨中剥离制备功能化石墨烯.
这种方法实现了石墨烯的低成本, 绿色高效制备, 解决了传统石墨烯制备成本高, 工艺流程繁冗, 危险系数大, 可控性差以及产生有毒有害废液等问题. 在试验室小试中, 该方法在10L反应釜中的年产量可达100kg左右. 而且该方法还可以通过原料选择和设定工艺条件来控制石墨烯的层数, 制备的单层或双层石墨烯可用于电子, 航空, 新能源电池等领域, 少层和多层石墨烯可应用于高分子材料领域.
制备出来的石墨烯要实现应用, 还必须解决石墨烯在基体材料中分散性和相容性差这两大难题. 辛振祥团队尝试将加入植物系分散助剂制备的石墨烯采用湿法混炼制备成复合材料, 性能检测显示, 加入的植物系分散助剂能够改善石墨烯在天然橡胶基体中的分散和界面黏合, 使复合材料的力学性能, 电性能, 热性能大幅提升. 当石墨烯含量仅为1wt%时, 复合材料的拉伸强度提高到28.3MPa, 较基体提高了38%;复合材料电导率由基体的10-13S/m提高到10-7S/m, 达到了抗静电要求;热导率较基体提高了17.9%.辛振祥解释说, 植物系材料将酚羟基引入到石墨烯表面赋予石墨烯稳定分散的能力, 同时还使石墨烯与聚合物界面形成了良好的相容性, 从而一次性解决了相容和分散性差两大难题.
随后, 辛振祥通过植物系材料辅助液相剥离对石墨烯表面进行功能化改性, 制备出高耐磨石墨烯/聚合物密封复合材料. 在此基础上, 他们又制备出高强度, 高耐磨和长寿命的石墨烯/高耐磨炭黑杂化材料.