石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后出现的一种新型二维碳纳米材料，是纳米材料科学领域的一颗耀眼的新星, 并迅速成为材料科学的研究热点。此前，石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，2人也因在石墨烯的研究方面取得了开创性成果，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。此后，石墨烯引起了世界各国的研发和追捧热潮，不断有新的成果被报道。Fang等发现石墨烯和PMMA之间的产生周期性褶皱，是由于二者间有较大的热膨胀系数差别所致，而且这些周期性褶皱会影响到石墨烯的电学性质。杨建峰等采用溶液混合和超声分散法使石墨烯较好地分散在聚乙烯基体中，该复合材料的渗流阈值是3.6%。当石墨烯质量分数超过6%时，电阻率趋于稳定。众多国内外研究学者围绕石墨烯的制备及在各科技领域的应用共同探索和创新，逐步发现了石墨烯具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、高导热性和高硬度等特性使其在涂料中得到广泛应用，并获得了较好的应用成果。本文就对石墨烯的定义、结构特性以及在涂料领域中的主要应用进行了阐述，并对石墨烯在涂料中的应用进行了展望。
1、石墨烯的定义与结构特性
1.1 石墨烯的定义
石墨烯是一种新型的由碳原子构成的单层片状结构的二维材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，可以看作是一层被剥离的“石墨片”，被认为是零维的富勒烯、一维的碳纳米管和三维的体相石墨的母体。理论上石墨烯是构成其他维度碳材料的基本材料，石墨烯不仅可以覆盖成零维的富勒烯，也可以卷曲成一维的碳纳米管，还可以堆积成三维的石墨。
1.2 石墨烯的结构特性
石墨烯是世界上迄今发现最薄的纳米材料，石墨烯薄膜只有1个碳原子厚度，10万层石墨烯叠加起来的厚度约为1根头发丝的直径，而且由于吸光率很低，只有2.3%，它的外观几乎是完全透明的。同时，石墨烯又是已知在世上强度最高的材料之一，其强度高达130 GPa，比最好的钢铁还要高100倍，要拉断相同截面的单层石墨烯所需的力是钢材的200倍。另外，石墨烯还是良好的导热体，导热系数高5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。而且，石墨烯独特的载流子特性，使其电子迁移率达到2×105cm2/(V·s)，超过硅100倍，且几乎不随温度变化而变化。综上可知，石墨烯纳米材料具有“至薄、至坚”、优良的导热性和电子迁移率等特性。
结语
石墨烯是一种新型功能材料，具有比表面积高、导电性快、化学稳定性优异、力学性能突出、导热性高等性能，使其在涂料中有广泛应用。石墨烯在防腐、导电、建筑隔热、海洋防污和阻燃等功能涂料体系中均可以大幅提高涂料的综合性能，展现了诱人的潜在前景。目前，虽说石墨烯在涂料中的发展势头较好，然而却不能说“已入佳境”，还有很多关键技术问题需要解决。如石墨烯与涂料树脂复合方法、助剂选择、功能性改进；石墨烯的实验室研究成果如何转变达到实用并产业化；石墨烯在涂料体系中的作用机理等。相信随着研究的深入和科技的发展，这些问题都会迎刃而解，石墨烯也必将推动涂料产业的新一轮转型升级。
閱讀更多 江蘇鳳谷節能科技 的文章
