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石墨烯在涂料领域中的广泛应用

石墨烯在涂料领域中的广泛应用

  • 分类:行业动态
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  • 发布时间:2022-08-13
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【概要描述】石墨烯应用范围十分广阔,涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能,石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等方面都有着非常深远的应用前景。

石墨烯在涂料领域中的广泛应用

【概要描述】石墨烯应用范围十分广阔,涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能,石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等方面都有着非常深远的应用前景。

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石墨烯应用范围十分广阔,涂料是目前石墨烯众多应用领域中的一个重要组成部分。凭借各种优越性能,石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等方面都有着非常深远的应用前景。

石墨烯具有比表面积大、导电性好、化学稳定性强、力学性能和导热性能优异等优点,一经问世,就受到世界各国的广泛关注。石墨烯在涂料上性能优良有:

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;

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。

石墨烯在涂料领域中的主要应用有:

一、石墨烯在导电涂料领域的应用

导静电涂料表面电阻通常位于106到109之间,可以有效防止静电导走现象发生,因此一般用于对防火、防爆等要求很高的场合。例如石油、化工、铁路、交通等行业贮油罐、输油管道、油轮等贮油、输油设备的内外壁,煤矿、航空、纺织、粮食等行业设备的防腐涂料一般都是使用导静电涂料作为防腐涂料,这样既可以Z大限度防止设备腐蚀,又可以避免电荷集聚产生静电引发火灾事故等问题。石墨烯兼具良好的导电性和防腐蚀性,因而在导静电涂料中应用效果很好。

二、石墨烯在高导热散热性涂料领域的应用

石墨烯有很高的导热系数。在涂料中加入石墨烯,可以显著改善涂料的导热性能。因此,石墨烯改性成为了散热涂料的一个重要发展方向。此外,石墨烯比表面积很大,漆膜中含有一定数量的石墨烯,可以使漆膜散热面积大幅增加,有助于漆膜表面和内部热量的散发,使得内外温度趋于一致。由于石墨烯涂料具有很好的机械性能、耐腐蚀性和耐老化性,所以在许多条件严苛的使用环境中通常会使用石墨烯涂料作为部件的散热涂料。

三、石墨烯在防腐涂料领域的应用

1、水性防腐涂料

环保涂料是当今涂料开发的主要方向。水性涂料由于VOC较低,因而成为环保涂料的重要发展目标。水性涂料使用水作为分散剂,表面张力大,漆膜成膜性一直不够理想。在水性防腐涂料中加入石墨烯,可以有效改善这一点。

2、石墨烯在阻燃涂料领域的应用

石墨烯单体二次元结构,分散到漆膜中层层相叠,形成致密的隔离层,可以起到防火阻燃作用。如果在涂料中加入树脂,石墨烯还可以与树脂分子发生交联,进一步强化隔离效果,阻燃效果得到加强。另外,石墨烯涂料燃烧后的产物除了二氧化碳与水外,还会在原处留下连续分布的碳层,从而再次提高阻燃效果。基于这个原因,石墨烯在阻燃涂料方面也有着很好的应用。

3、环氧富锌漆

防腐涂料一直是涂料的重要分支之一,在工业生产中应用十分广泛。在国民经济生产中,大量金属制品的使用使得设备防腐的要求很高,防腐涂料的市场需求呈现持续上升态势。据统计,全球每年因为腐蚀所造成的经济损失高达万亿美元,远超自然灾害所带来的经济损失。在现有的环氧防腐涂料中加入石墨烯,使得防腐涂料在原有性能外,更提高了抗冲击性、附着力、耐水性、硬度等指标。在海洋工程、交通运输、大型工业设备及市政工程设施等领域的设备防腐方面应用十分广泛。

四、石墨烯在高强度涂料领域的应用

由于石墨烯的比表面积很高,因此具有很强的吸附力。涂料中添加石墨烯后,其在漆膜固化的过程中形成网状结构,极大地增强了漆膜和底材的粘结性,漆膜更加稳定,强度更好。试验结果显示,加入石墨烯后,涂料的耐冲击性能,耐摩擦性能,导热性,耐候性及防腐性能都有了较大改善。

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