石墨烯在树脂中的应用

1常州第六元素材料科技股份有限公司中国●常州武进石墨烯在树脂中的应用目录石墨烯介绍石墨烯在树脂中的应用常州第六元素材料科技股份有限公司介绍石墨烯简介石墨烯是单原子层的石墨石墨是碳单质的同素异形体之一碳元素是神奇的六号元素，其单质的众多同素异形体，从最硬到极软、全吸光到全透光、绝缘体到半导体到导体、绝热到良导热、高临界温度的超导体等。按作用和功能分类石墨烯厚度仅变0.335nm，杨氏模量高达1TPa，断裂强度高达130GPa石墨烯电阻率仅10-6Ω·cm，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s

石墨烯高机械强度高导电性导热性单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K,高于碳纳米管（3000～3500W/m·K）和金刚石（1000～2200W/m·K）其它性能高比表面积，理论值可达2630m2/g；高透光度；有良好的化学稳定性石墨烯Graphene不同炭材料微观形貌分析磷片石墨可石墨石墨石墨烯导电炭黑石墨烯的主要制备方法化学气相沉积法（CVD)化学氧化还原法8经费（美国）研究方向2000万美元复合材料的研究850万美元石墨烯电子器件170万美元场效应晶体管、存储器件开发150万美元石墨烯连续制备工艺140万美元生物传感器36万美元石墨烯热性能2200万美元DARPA发布碳电子射频应用项目(IBM)750万美元石墨材料基础研究和功能石墨烯材料研究和器件概念约35万美元锂离子电池用的纳米石墨烯复合电极的商业化生产经费（日本）研究方向9亿日元碳纳米管和石墨烯的批量合成技术经费（韩国）研究方向1870万美元石墨烯技术研发及商业化应用研究2.5亿美元1.24亿美元用于石墨烯技术研发，1.26亿美元用于石墨烯商业化应用研究4230万美元三星（触摸面板）、韩国电子通信研究院（OLED面板）、SANGBO（复合薄膜）、CHANGSUNG（电磁屏蔽涂层）和浦项制铁（防腐涂层）等经费（中国）研究方向83万可见光响应的新型石墨烯-TMDs基纳米复合材料光催化处理水体中难降解有机污染物的机理研究100万新型碳基复合材料83万钛酸锂/石墨烯负极材料的可控合成及其电化学性能研究80万高效石墨烯/半导体纳米结构异质结光伏电池的研究经费（欧盟及成员国）研究方向239万欧元石墨烯基纳米电子器件项目389万欧元悬浮石墨烯纳米结构项目505万欧元石墨烯的纳米级应用项目494万欧元超级电容的石墨烯电极项目177.5万美元石墨烯物理性能和应用研究项目三个主要方向，首先重点研究石墨烯隔膜和独特的一维性能；第二是模拟无质量相对论粒子的石墨烯电荷载体，第三是石墨烯晶体管的应用研究。5400万欧元旗舰项目将协调来自欧洲17个国家学术界和产业界的126个研究组，13.5亿美元石墨烯柔性透明导电薄膜的研究(诺基亚)1060万欧元2010年DFG启动——石墨烯31研究项目450多万英镑用于设备和工程研究，石墨烯的这些性质可用于多功能涂层、纤维复合材料和三维网络等石墨烯投资分析9石墨烯技术专利分析报告生产石墨烯40吨/年XG公司应用介绍添加量0.05%拉伸强度提高17%拉伸模量提高48%抗冲击强度提高25%石墨烯在树脂中的应用——力学性能环氧树脂为例石墨烯增强树脂机理石墨烯具有很大的比表面积，加上石墨烯的分子级的分散，可与聚合物之间形成较强的界面作用，显著改善了界面载荷传递，从而达到较好的增强效果。羟基等官能团和制备石墨烯过程中形成的均会使石墨烯变为褶皱的形态，这些纳米级别的表面不平整性可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。官能团化石墨烯表面含有羟基、羧基等化学基团，可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。石墨烯与树脂复合后的断面分析随着Graphene含量的增加，断面趋于粗糙，变得凹凸不平；裂纹方向趋于无序，形貌趋于细碎。存在能够阻止基体裂纹的宏观扩展，防止裂纹过快增长，同时使裂纹呈杂乱分布，消耗断裂能量，从而提高了Graphene/EP复合材料的强度和韧性。纯EP试件的断面比较平滑整齐，裂纹呈直线型且均匀有序，属于典型的脆性断裂纯EP0.01%Graphene/EP0.02%Graphene/EP0.1%Graphene/EP但是当Graphene的含量高于临界值时，Graphene容易形成团聚，成为应力集中点，反而降低Graphene/EP复合材料的强度和韧性。

SEM可见，如果石墨烯分散不好则会形成硬团聚体，使石墨烯会成为材料的缺陷,降低了环氧树脂的强度,而石墨烯的分散较好其形成的软团聚体及单分散的石墨烯则成为环氧树脂的增强体;另外一个原因是石墨烯与树脂基体的的界面结合力更强。分散差分散好添加量0.02%弯曲强度提高18%冲击强度提高160%破坏伸长率提高65%石墨烯在树脂中的应用——力学性能不饱和聚酯树脂为例

改性的氧化石墨烯与环氧树脂复合，加入2%的改性石墨烯，环氧复合材料的储能模量增大113%，4%的加入量时，强度增大38%。纯EP树脂电阻为1017cm，添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。

ChenluBao,YuqiangGuo,LeiSong,etal.J.Mater.Chem.,2011,21,13290-13298.石墨烯在树脂中的应用——导电性

XingyiHuang将碳纳米管（CNTs)、石墨烯(GNPs)加入到环氧树脂中，当加入20vol%CNTs和20vol%GNPs，复合材料的导热系数达到7.30W/mK。XingyiHuang,ChunyiZhi,PingkaiJiang,etalJ.Phys.Chem.C,2012,116(44),23812-23820.石墨烯在树脂中的应用——导热性

当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯(FGO)时阻燃性能提高了23.7%，

加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高了43.9%。YuqiangGuo,ChenluBao,LeiSong,etal.

Ind.Eng.Chem.Res.,2011,50(13),pp7772–7783.石墨烯在树脂中的应用——阻燃性totalheatreleasedpeakheatreleaseratemaxiumheatreleaseratetemperature石墨烯导热塑料添加石墨烯后复合材料导热系数可提高1个数量级容易加工成型耗费能源少密度适中，做出产品轻巧可降解，对环境影响相对较小加工可自动化，高效生产的一致性可以很好颜色丰富，任意调整仓储运输成本大量降低不易碰撞变形可绝缘，不易造成安全隐患成型难度非常低大量节省人力资源散热均匀……优点石墨烯导热塑料及散热材料的其它应用领域---汽车电子Automotive---在汽车电子领域,无处不在地需要热管理,导热塑料及其它高导热填料将会大量替代各种金属铝件产品系列4/4/2026石墨烯应用领域企业介绍常州第六元素材料科技股份有限公司成立于2011年11月18日注册资本4000万元人民币。公司主营业务：●薄层石墨烯的生产与销售，●薄层石墨烯复合材料应用技术研发与服务。●获“国家高新技术企业”称号●获“龙城英才计划”支持企业●江南石墨烯研究院理事单位●江苏省石墨烯技术创新战略联盟理事长单位总人数为65人●全职博士3人●兼职博士3人●硕士9人●本科生21人公司已建成中试生产线1条，年产能力100吨