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石墨烯工業(yè)應(yīng)用
來(lái)源: | 作者:梅蘭 | 發(fā)布時(shí)間: 2021-02-10 | 1573 次瀏覽 | 分享到:

石墨烯工業(yè)應(yīng)用

一、導(dǎo)電應(yīng)用

石墨烯的每個(gè)碳原子均為sp2雜化,并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道電子形成π鍵,π電子可以自由移動(dòng),賦予石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性。石墨烯是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料,常溫下石墨烯電子遷移率超過(guò)15000cm2/V·s,比碳納米管或硅晶體還高,而電阻率只約為10-6Ω·cm,比銅或銀更低,是世界上電阻率最小的材料。這些優(yōu)異的性能使石墨烯在高性能電池、超級(jí)電容、微納機(jī)電器件及復(fù)合材料諸多領(lǐng)域都有潛在應(yīng)用。

應(yīng)用案例1:導(dǎo)電印染

將導(dǎo)電漿料印刷在織物表面,制成微發(fā)熱印染制品,12V低電壓通電90s發(fā)熱40-43。

應(yīng)用案例2::能源電池

在理論上石墨烯電極可能有超過(guò)石墨兩倍的比容量。如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池可以有效降低電池內(nèi)阻,提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命。先豐客戶(hù)將石墨烯粉體添加到電池的正極和集流體中,放電容量提升8%,電極電壓顯著提升。

應(yīng)用案例3防靜電電纜絕緣皮

將少量石墨烯添加到PP塑料制成電纜外層絕緣皮,達(dá)到了防靜電效果,耐磨防腐性能也有所提升。

二、導(dǎo)熱應(yīng)用

石墨烯的理論導(dǎo)熱率可高達(dá)3000~5000W/(m·K),是普通石墨導(dǎo)熱率(1800W/(m·K))的2~3倍。石墨烯具有極高的熱導(dǎo)率和熱輻射系數(shù),遠(yuǎn)高于金屬中導(dǎo)熱系數(shù)最高的金、銀、銅、鋁等。石墨烯紅外輻射的性能可將熱量均勻地快速傳導(dǎo)在二維平面上,并沿水平和垂直兩個(gè)方向同時(shí)散熱,將熱量輻射的形式散發(fā)到外界環(huán)境空間,有效地將熱量轉(zhuǎn)移。

應(yīng)用案例1石墨烯散熱膜

在電器元件負(fù)載石墨烯散熱膜,有效的將元件表面溫度從45度降低到32

應(yīng)用案例2散熱涂料

在環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等有機(jī)涂料中添加石墨烯制成散熱樹(shù)脂涂料,涂料的導(dǎo)熱性能提升20%以上。

三、防腐耐磨

石墨烯具有獨(dú)特的性能,常常作為填料添加到聚合物或者合金中來(lái)改善基體在防腐性能方面的不足,其防腐機(jī)制主要為: ①石墨烯化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定,可以起到阻隔的作用,防止基底與腐蝕介質(zhì)接觸;② 石墨烯為納米材料,具有小尺寸效應(yīng),可以填充到涂料的孔洞和缺陷中,在一定程度上阻止和延緩了小分子腐蝕介質(zhì)浸入金屬基體;③從電化學(xué)角度來(lái)說(shuō),石墨烯能更好地鈍化鍍層金屬,使鍍層的耐蝕性能進(jìn)一步得到提高。

應(yīng)用案例:石墨烯管道防腐涂料

將石墨烯添加到防腐涂料中,油井管道涂覆石墨烯復(fù)合后的防腐涂料,涂層表面硬度達(dá)到7H以上,管道表面形成石墨烯特有的微凸結(jié)構(gòu),達(dá)到疏油、防結(jié)蠟的效果。


石墨烯具有特殊的二維納米層狀結(jié)構(gòu)、高的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性,并且是碳質(zhì)固體潤(rùn)滑材料的基本結(jié)構(gòu)單元。實(shí)驗(yàn)研究表明,隨著石墨烯的添加,石墨烯不斷覆蓋在摩擦副表面,摩擦副表面的粗糙度被石墨烯表面的粗糙度所替代,所以潤(rùn)滑機(jī)理逐漸趨向薄膜潤(rùn)滑,顯著提高了潤(rùn)滑劑的承載性能和摩擦副的抗磨性。石墨烯具有原子薄的厚度和低剪切強(qiáng)度的層狀結(jié)構(gòu),作為各種材質(zhì)微納器件的抗黏、減摩防護(hù)薄膜,單層、三層及多層石墨烯基納米潤(rùn)滑薄膜能夠顯著減小基底表面的摩擦系數(shù)和耐久壽命。

應(yīng)用案例:潤(rùn)滑油

將石墨烯粉體加入到基礎(chǔ)油后,潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)降低、磨損修補(bǔ)等各項(xiàng)性能有較明顯改善。

四、機(jī)械性能增強(qiáng)

石墨烯是已知強(qiáng)度和硬度最高的晶體結(jié)構(gòu)材料。其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa1.1TPa。石墨烯的強(qiáng)度極限為42N/m2。理想石墨烯的強(qiáng)度約為普通鋼的100倍,面積為1m2的石墨烯層片可承受4kg的質(zhì)量。石墨烯作為一種典型的二維增強(qiáng)材料,在復(fù)合材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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