Page 55 - 《橡塑技术与装备》2019年16期（8月下半月塑料）

材料与应用 赵慧江·石墨烯在橡胶中的应用

分为以下几种具体的方法 ： 器件中的电子受体，同时又具备了更高的热学、力学
2.2.1 直接剥离石墨法 性能，拉伸强度和弹性模量分别达到 125 GPa 和 1.1
石墨烯最开始是微机械剥离产生的。微机械剥离 TPa。作为已知材料中具有最高强度和硬度的晶体结
可以产生无缺陷的高质量石墨烯，但很难实现量化生 构，石墨烯在复合材料的应用价值巨大。其室温导热
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产，所以它仅适用于一些基础的研究和电子应用。此 系数大约为 5×10 W/mK，因此在导热方面具有广阔
后，这种直接剥离石墨以获得单层以及多层石墨烯的 的应用前景。
方法就一直被保留下来并获得深入的发展。
2.2.2 液相剥离法 4 石墨烯和橡胶材料的合成方法
将石墨分散在有机溶剂如聚乙烯吡咯烷酮或甲基 4.1 直接共混法
吡咯烷酮中，并通过超声波剥离合成石墨烯。该方法 直接共混法就是将几层石墨、石墨烯等直接与橡
可以量化单层和多层石墨烯的生产，其可以在一定程 胶材料共混以获得橡胶复合材料。但是这种方法有一
度上在聚合物领域中进行应用。另外还可以通过在水 个最大的问题，就是合成的石墨烯层以及石墨烯的分
溶液中使用表面活性剂来辅助超声波合成石墨烯，从 散性差。存在更多的颗粒聚集体，这最终导致橡胶复
而减少有机溶剂的自然污染。这种方法下最大的问题 合材料的性能大大降低。也有专家学者通过直接混合
是将剥离的石墨烯与溶剂分离。 成了一些石墨片复合材料，最终结果表明，填料在直
2.2.3 电化学剥离法 接共混物中的分散性差，聚集体的严重力学性能受到
通过将石墨放在离子液体中并使石墨烯电特殊的 限制，拉伸强度区间为 5~6 MPa。
化学性质来合成石墨烯。可以制备含有官能团的特殊 4.2 溶液混合法
石墨烯，并且可以将官能化后的石墨烯溶解在非质子 在溶液共混方法中，通常首先制备氧化石墨烯，
溶剂当中。 进行改性以获得可以分散在有机溶剂中的分散体，再
2.2.4 超强酸溶解法 通过还原获得石墨烯，与橡胶溶液共混以合成石墨烯
该方法主要将石墨溶解在氯磺酸中合成石墨烯， 橡胶这种复合材料。目前，溶液混合是专家学者重要
这是一种定量生产石墨烯的方法。由于对环境污染大， 研究的方法之一。该方法的优点是分别进行石墨烯或
合成成本高，限制了该方法在工业领域中的进一步推 氧化石墨烯的制备和橡胶复合物的合成，可以在过程
广。氧化还原法是在强酸条件下使用强氧化剂如高锰 中控制石墨烯的形态、尺寸，石墨烯相对容易分散 ；
酸钾、氯酸钾以及硝酸钠氧化石墨的方法，通过将获 缺点就是需要使用对环境有害的有机溶剂 [3] 。当使用
得的氧化石墨进行剥离以合成氧化石墨烯。在水中形 原位还原法时，可能会由于橡胶类型和还原剂的不同
成稳定的氧化石墨烯分散体。将氧化石墨烯改性后为 造成橡胶劣化的后果。
可溶解在有机溶剂当中。同时，通过还原剂还原氧化
石墨烯也能得到纯度较高的石墨烯。 5 石墨烯在橡胶中的应用分析
5.1 与普通橡胶材料的合成应用
3 石墨烯的性质及应用 石墨烯复合材料的物理和力学性能受诸多因素的
石墨烯特殊的晶体结构赋予其较好的导电性。当 影响，例如石墨烯的分散程度以及橡胶基质同石墨烯
电子在石墨烯层中传输时，干扰小并且散射不容易， 之间发生界面相互作用，橡胶复合材料的交联密度等。
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迁移率高达 2×105 cm /Vs，大概是硅中电子迁移率 在天然橡胶中逐渐添加石墨烯，会造成炭黑的机械性
的 140 倍。导电率为 106 S/m，是室温下最好的导电 能发生变化。这种变化规律为 ：石墨烯复合材料的拉
材料之一。单层石墨烯透明度高，可见光的吸收率大 伸强度得到显着提高。在石墨烯含量的不断增加的过
约为 2.3%。因此，可以从薄层石墨烯的可见光透射率 程中，断裂伸长率和 100% 伸长率得到显着改善。分
估计层数，石墨烯层数的初始区分也就更加容易。石 析出现这种的情况的原因为石墨烯与碳纳米管和炭黑
墨烯作为透明导电薄膜材料中的首选，可替代传统的 相比具有其独特的特性 ：柔韧性和厚度超薄，这导致
薄膜材料，如氧化铟锡（ITO）和氟掺杂氧化锡（FTO） 石墨烯的强机械结合和吸附能力，此外，石墨烯还具
[2]
。在表面改性之后，石墨烯不仅可以用作有机光电 有高比表面积，所以向橡胶材料中添加石墨烯造成系

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