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【深涂学会 涂料技术】石墨烯在涂料上的应用有哪些?

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石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的电学、热学、力学、光学性能等,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。

石墨烯在涂料上性能优良:

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电学特性:石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V·s),这一数值超过了硅材料的10倍,是已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下,石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V·s);

热学特性:石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK,是为止导热系数最高的碳材料,高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时,导热系数也可达600W/mK;

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力学特性:石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,且可以弯曲,石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa,固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度,平均模量可达0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔,因而石墨纸显得很脆,然而,经氧化得到功能化石墨烯,再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强韧;

光学特性:石墨烯具有非常良好的光学特性,在较宽波长范围内吸收率约为2.3%,看上去几乎是透明的。在几层石墨烯厚度范围内,厚度每增加一层,吸收率增加2.3%。大面积的石墨烯薄膜同样具有优异的光学特性,且其光学特性随石墨烯厚度的改变而发生变化。这是单层石墨烯所具有的不寻常低能电子结构。

基于石墨烯的优良性能,石墨烯成为新一代涂料的焦点。带有大量含含氧基团的功能化石墨烯,它与树脂、高分子材料的结合力强,及其适合作补强材料或功能化材料。石墨烯涂料在防腐、导电、抗静电等领域性能优秀。

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石墨烯涂料的优点:

1、石墨烯防腐涂料:带多层石墨烯涂层的镍腐蚀速度比裸镍的腐蚀速度慢20倍,而带四层金属石墨烯涂层的金属镍腐蚀速度要比裸镍腐蚀速度慢4倍;

2、石墨烯热辐射散热涂料:石墨烯能以热辐射的形式把物体表面的热量快速辐射到空气中去,加快了物体的降温速度;

3、石墨烯导电涂料:石墨烯由于具有很高的电子迁移率和优异的电学性能,能够更好的实现导电涂料所要达成的目标;

4、石墨烯抗静电涂料:石墨烯所具有的高导电性、强力学性能等特点,有利于制备高性能、高强度的抗静电涂料。

来源:微晶材料科技
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