石墨烯是繼富勒烯和碳納米管之後出現的一種新型二維碳納米材料，是納米材料科學領域的一顆耀眼的新星, 並迅速成為材料科學的研究熱點。此前，石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，2人也因在石墨烯的研究方面取得了開創性成果，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。此後，石墨烯引起了世界各國的研發和追捧熱潮，不斷有新的成果被報道。Fang等發現石墨烯和PMMA之間的產生週期性褶皺，是由於二者間有較大的熱膨脹係數差別所致，而且這些週期性褶皺會影響到石墨烯的電學性質。楊建峰等採用溶液混合和超聲分散法使石墨烯較好地分散在聚乙烯基體中，該複合材料的滲流閾值是3.6%。當石墨烯質量分數超過6%時，電阻率趨於穩定。眾多國內外研究學者圍繞石墨烯的製備及在各科技領域的應用共同探索和創新，逐步發現了石墨烯具有高比表面積、快速導電性、優異的化學穩定性、高導熱性和高硬度等特性使其在塗料中得到廣泛應用，並獲得了較好的應用成果。本文就對石墨烯的定義、結構特性以及在塗料領域中的主要應用進行了闡述，並對石墨烯在塗料中的應用進行了展望。
1、石墨烯的定義與結構特性
1.1 石墨烯的定義
石墨烯是一種新型的由碳原子構成的單層片狀結構的二維材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，可以看作是一層被剝離的“石墨片”，被認為是零維的富勒烯、一維的碳納米管和三維的體相石墨的母體。理論上石墨烯是構成其他維度碳材料的基本材料，石墨烯不僅可以覆蓋成零維的富勒烯，也可以捲曲成一維的碳納米管，還可以堆積成三維的石墨。
1.2 石墨烯的結構特性
石墨烯是世界上迄今發現最薄的納米材料，石墨烯薄膜只有1個碳原子厚度，10萬層石墨烯疊加起來的厚度約為1根頭髮絲的直徑，而且由於吸光率很低，只有2.3%，它的外觀幾乎是完全透明的。同時，石墨烯又是已知在世上強度最高的材料之一，其強度高達130 GPa，比最好的鋼鐵還要高100倍，要拉斷相同截面的單層石墨烯所需的力是鋼材的200倍。另外，石墨烯還是良好的導熱體，導熱係數高5300W/m·K，高於碳納米管和金剛石。而且，石墨烯獨特的載流子特性，使其電子遷移率達到2×105cm2/(V·s)，超過硅100倍，且幾乎不隨溫度變化而變化。綜上可知，石墨烯納米材料具有“至薄、至堅”、優良的導熱性和電子遷移率等特性。
結語
石墨烯是一種新型功能材料，具有比表面積高、導電性快、化學穩定性優異、力學性能突出、導熱性高等性能，使其在塗料中有廣泛應用。石墨烯在防腐、導電、建築隔熱、海洋防汙和阻燃等功能塗料體系中均可以大幅提高塗料的綜合性能，展現了誘人的潛在前景。目前，雖說石墨烯在塗料中的發展勢頭較好，然而卻不能說“已入佳境”，還有很多關鍵技術問題需要解決。如石墨烯與塗料樹脂複合方法、助劑選擇、功能性改進；石墨烯的實驗室研究成果如何轉變達到實用併產業化；石墨烯在塗料體系中的作用機理等。相信隨著研究的深入和科技的發展，這些問題都會迎刃而解，石墨烯也必將推動塗料產業的新一輪轉型升級。
閱讀更多 江蘇鳳谷節能科技 的文章
