石墨烯是一種強(qiáng)度較高的材料，將其制備合成高性能的聚合物在工業(yè)生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。隨著我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)的綜合發(fā)展，工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笤絹?lái)越高，橡膠材料作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的一種常見(jiàn)材料，提高橡膠材料西姆克石墨烯與橡膠進(jìn)行復(fù)合材料制備，能夠顯著提高傳統(tǒng)橡膠材料的性能，提高材料的功能化，是我國(guó)橡膠材料發(fā)展的主要方向。
西姆克：提高傳統(tǒng)橡膠材料性能
石墨烯作為納米填料，其具比表面積更大和更強(qiáng)的作用力，優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能，將石墨烯用于提高傳統(tǒng)橡膠材料的性能是當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的主要趨勢(shì)。目前，已知石墨烯的制備方法五花八門，本文就石墨烯的應(yīng)用展望進(jìn)行探討，旨在為石墨烯在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮最大價(jià)值提供一點(diǎn)理論幫助。
石墨烯的性質(zhì)及應(yīng)用
石墨烯特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予其較好的導(dǎo)電性。當(dāng)電子在石墨烯層中傳輸時(shí)，干擾小并且散射不容易，遷移率高達(dá) 2x105cm2/V.s，大概是硅中電子遷移率的 140 倍。導(dǎo)電率為 106S/m，是室溫下最好的導(dǎo)電材料之一。單層石墨烯透明度高，可見(jiàn)光的吸收率大約為 2.3%。因此，可以從薄層石墨烯的可見(jiàn)光透射率估計(jì)層數(shù)，石墨烯層數(shù)的初始區(qū)分也就更加容易。石墨烯作為透明導(dǎo)電薄膜材料中的首選，可替代傳統(tǒng)的薄膜材料，如氧化銦錫（ITO）和氟摻雜氧化錫（FTO）。在表面改性之后，石墨烯不僅可以用作有機(jī)光電器件中的電子受體，同時(shí)又具備了更高的熱學(xué)、力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度和彈性模量分別達(dá)到 125GPa 和 1.1TPa。作為已知材料中具有最高強(qiáng)度和硬度的晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯在復(fù)合材料的應(yīng)用價(jià)值巨大。其室溫導(dǎo)熱系數(shù)大約為 5×103W/m.K，因此在導(dǎo)熱方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
石墨烯在橡膠中的應(yīng)用分析與普通橡膠材料的合成應(yīng)用
石墨烯復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能受諸多因素的影響，例如石墨烯的分散程度以及橡膠基質(zhì)同石墨烯之間發(fā)生界面相互作用，橡膠復(fù)合材料的交聯(lián)密度等。在天然橡膠中逐漸添加石墨烯，會(huì)造成炭黑的機(jī)械性能發(fā)生變化。這種變化規(guī)律為：石墨烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度得到顯著提高。在石墨烯含量的不斷增加的過(guò)程中，斷裂伸長(zhǎng)率和 100％伸長(zhǎng)率得到顯著改善。
分析出現(xiàn)這種的情況的原因?yàn)槭┡c碳納米管和炭黑相比具有其獨(dú)特的特性：柔韌性和厚度超薄，這導(dǎo)致石墨烯的強(qiáng)機(jī)械結(jié)合和吸附能力，此外，石墨烯還具有高比表面積，所以向橡膠材料中添加石墨烯造成系統(tǒng)中物理纏結(jié)點(diǎn)和交聯(lián)點(diǎn)的增加，進(jìn)而導(dǎo)致交聯(lián)密度增加。隨著石墨烯含量的增加，帶來(lái)體系中的物理交聯(lián)點(diǎn)以及纏結(jié)點(diǎn)也在不斷增加，隨之增加的是斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸應(yīng)力。另外，隨著石墨烯含量的增加，當(dāng)交聯(lián)密度固定在某一值時(shí)，石墨烯結(jié)晶更加容易，應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶是提升復(fù)合材料的關(guān)鍵因素，因此具有較大的工業(yè)價(jià)值。
西姆克：提高傳統(tǒng)橡膠材料性能與導(dǎo)電高分子的合成應(yīng)用
與普通納米填料、碳納米管比起來(lái)，合成石墨烯主要來(lái)源于天然石墨，它不僅價(jià)格便宜而且易于使用。此外，石墨烯具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，這是一種非常薄的單層結(jié)構(gòu)。因此可以被認(rèn)為是理想的高導(dǎo)電填料，它可以通過(guò)與聚合物材料配合來(lái)提高聚合物材料的導(dǎo)電性。
石墨烯橡膠復(fù)合材料的展望
隨著越來(lái)越多的專家學(xué)者對(duì)石墨烯橡膠符合材料展開(kāi)研究，也為復(fù)合材料的創(chuàng)新使用提供了思路。如下圖所示，將石墨烯進(jìn)行改性有利于進(jìn)一步開(kāi)拓石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用途徑。
當(dāng)前，將石墨烯材料加進(jìn)復(fù)合材料還處于初步的理論階段，當(dāng)前石墨烯的制備工藝還沒(méi)有炭黑、碳納米管等工藝那樣純熟，在石墨烯制備的過(guò)程中容易發(fā)生操作失誤引起材料缺陷的情況，這些不足都還有待今后的進(jìn)一步優(yōu)化鞏固，促進(jìn)石墨烯在與橡膠材料復(fù)合制備中發(fā)揮出更大的價(jià)值。
