產業資訊:石墨烯介紹

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石墨烯介紹 



石墨烯具備眾多獨特的性能,如導電性、散熱性、透光性及優良的機械性能,它在下一代電晶體、透明導電膜、儲能技術、化學感測器、功能複合材料等與人類生產、生活息息相關的領域應用前景廣闊,被認為是目前世上最薄、最堅硬的奈米材料。

由於六角苯環狀的石墨烯表面具有很高的化學穩定性,與其他介質相互作用力很弱,且片層之間的凡得瓦力作用過強,導致不親水也不親油,幾乎無法與其他介質或聚合物相容,易於團聚。

為了克服石墨烯先天上的缺點,就必須對其進行表面改質,以改善其加工性與相容性,增加並發揮其應用性。透過表面改質引入官能基,從而提高其與介質或聚合物的介面結合力。由於氧化石墨烯含有大量的活性含氧官能基,利用這些官能基可以與其他分子之間的化學反應對石墨烯進行改質。因此在石墨烯改質方面,氧化石墨烯扮演著相當關鍵的角色。

由於改質後的石墨烯可以更好地均勻分散在介質或聚合物基體中,因而可用來填充聚合物。這使功能性複合材料(如高分子複合材料、陶瓷複合材料等)的性能可以得到顯著的改善。將石墨烯氧化物作為前軀體,利用其表面活化的反應基團進行表面化學修飾,然後再將其還原製備成不同的改質石墨烯(或稱石墨烯衍生物)。

複合材料的性質如電導率、熱導率、機械強度等主要受到添加劑的性質、型態、用量及添加物與基材之間的介面相容性所影響。若將石墨烯(非還原的氧化石墨烯)或石墨烯微片以添加劑的應用形式摻混在各式各樣的複合材料(如高分子複合材料、陶瓷複合材料、金屬複合材料等)中,你會發現其溶液或樹酯的分散性很差,這是由於介面不相容而導致團聚現象的產生,此對材料生成物物性會產生相當程度的影響。這些特性限制了石墨烯(非還原的氧化石墨烯)或石墨烯微片的實際應用的可能性。

為了提高複合材料組成分之間的介面相容性,解決相與相間結合力差的問題,常要對複合材料組成分(特別是添加劑)進行改質以改善介面特性從而提高複合材料的性能。

石墨烯氧化物(即氧化石墨烯),是一種易溶解的石墨烯衍生物。由於含有多種不同的含氧官能基如羧基、羥基、環氧基、和羰基,且由它的結構特性分析中可發現氧化石墨烯同時具有親水與親油的兩親特性(Amphiphiles),因此易於在各種不同的複合材料的漿料中得到良好的分散性。這能使功能性複合材料(如高分子複合材料、陶瓷複合材料、金屬複合材料等)的性能(如電導率、熱導率、機械強度等等)得以充分的展現。

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