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石墨烯在功能涂料中的应用概述
本研究根据国内外研究成果，对石墨烯的制备、改性及其在涂料中的应用进行了概述，以期拓宽石墨烯的工业应用。
　　石墨烯具有独特的性能和潜在的应用前景，目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。此前，曾有科学家认为二维晶体在有限温度下是不可能存在的，而如今通过简单的机械剥离高定向热解石墨，便可制备得到二维单层石墨烯。英国曼彻斯特大学的教授AndreGeim和KonstantinNovoselov因在石墨烯领域的研究方面取得了开创性成果而荣获2010年的诺贝尔物理奖。此后，石墨烯引起了科学家极大的兴趣，并发现其在光、电、热等方面均有独特而优异的性能。石墨烯在纳米复合材料、储能材料、及催化剂载体等领域已得到应用，且显现出良好的应用前景。石墨烯电子迁移率高、热稳定性好、导电性优异、硬度高等优点使其在涂料中获得应用，并取得了较好的应用效果。本研究根据国内外研究成果，对石墨烯的制备、改性及其在涂料中的应用进行了概述，以期拓宽石墨烯的工业应用。　　1、石墨烯的结构与性质　　石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的二维晶体材料，具有略微波浪状的层式结构，被认为是组成石墨、碳纳米管、富勒烯等同素异形体的基本组成单元。石墨烯的强度高达130GPa，是迄今发现的力学性能最好的材料之一，石墨烯的热导率达5000W/(m&K)，是良好的导热体。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。石墨烯与其氧化物在导电性能方面有很大差异，这是由于引入含氧基团后，破坏了原来的共轭结构，因此可以通过对石墨烯氧化－还原程度的调控，实现对其导电性能的控制，进一步推动半导体材料的发展。　　2、石墨烯的制备方法　　自石墨烯被发现以来，科研人员为能批量稳定地制备石墨烯付出了巨大努力并取得了阶段性成果。石墨烯制备方法主要有:(1)晶体外延生长法，该法是在极高的真空度下将单晶碳化硅衬底加热至℃，使衬底中的硅原子升华析出，过量的碳原子留在基底并重构生成石墨烯，这是目前公认的最有可能实现工业化的方法之一;(2)化学气相沉积法(CVD)，该法将甲烷等含碳化合物在基底上进行高温分解而重构生成石墨烯，然后除去金属基底得到石墨烯;(3)化学氧化－还原法，目前以该法制备　　氧化石墨主要有3种途径，即Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法。前两者会产生ClO2气体，Hummers法反应时间短，产品纯化步骤简单，因此目前的制备方法多基于Hummers法。Hummers法制备过程概括为:①向强酸和强氧化剂混合液加入石墨，反应得到氧化石墨;②借助外力剥离得到氧化石墨烯(GO);③通过化学还原、热还原等方法将氧化石墨烯还原得到还原的氧化石墨烯(rGO)。　　上述3种制备方法中，使用CVD法制得的大面积石墨烯片层可以直接覆盖在金属表面用作防腐、保护涂层，而化学氧化－还原法则在涂料领域中更为常用。这是由于在氧化的过程中，将活性含氧基团引入到石墨烯上，为以后的功能化改性提供了活性反应位点，丰富了功能化改性的手段，从而有效提高改性GO与溶剂、聚合物的相容性。　　3、在涂料领域中的应用　　石墨烯的共轭结构导致其与水、有机溶剂以及聚合物的相容性较差，因而增加了其在涂料领域中的应用难度。为解决该问题，可在制备石墨烯的过程中先将GO功能化改性，再按需要进行还原。　　3.1石墨烯的功能化改性　　非共价法修饰是将石墨烯与修饰剂相互作用(如氢键作用、静电作用和&－&相互作用等)实现对石墨烯的改性，该法不破坏石墨烯的共轭结构，可保持其优异的导电性能。&－&相互作用可得到具有线－杆－线结构的石墨烯/PEG－OPE－PEG复合材料，杆是带共轭结构的亲油性低聚物，线则是亲水性PEG，该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好的相容性。　　3.1.1共价键修饰　　共价键修饰是将活性较高、具有特定官能团的物质以共价键的方式接枝到石墨烯上，以提高石墨烯的反应活性、相容性及其他特性。GO上存在羧基、环氧基、羟基等官能团，这些基团可作为功能化反应的活性位点。用聚乙烯醇的羟基与GO的羧基反应，可制得能在二甲基亚砜和水中分散的功能化石墨烯。Stankovich等用异氰酸酯衍生物反应将GO的羧基和羟基转变为活性酯胺和氨基甲酸酯，产物可在极性质子溶液中稳定存在，且可作进一步修饰。GO的环氧基团也可加以利用，Wang等将GO与十八胺进行开环反应，得到可在有机溶剂中均匀分散、浓度达15mg/mL的功能化石墨烯分散体系。　　3.1.2非共价键修饰　　非共价法修饰是将石墨烯与修饰剂相互作用(如氢键作用、静电作用和&－&相互作用等)实现对石墨烯的改性，该法不破坏石墨烯的共轭结构，可保持其优异的导电性能。&－&相互作用可得到具有线－杆－线结构的石墨烯/PEG－OPE－PEG复合材料，杆是带共轭结构的亲油性低聚物，线则是亲水性PEG，该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好的相容性。　　3.2在涂料体系中的应用　　石墨烯用于涂料中可制备纯石墨烯涂料和石墨烯复合涂料，前者主要是指纯石墨烯在金属表面发挥防腐蚀、导电等作用的功能涂料;后者主要是指石墨烯首先与聚合物树脂复合，然后以复合材料制备功能涂料，石墨烯可显著提升聚合物的性能，因此石墨烯复合涂料成为石墨烯的重要应用研究领域。　　石墨烯与聚合物树脂复合方法大致有3种:　　(1)熔融共混。高温下将聚合物与石墨烯熔融混合，可避免使用有机溶剂;(2)溶液共混。选择合适的溶剂先溶解聚合物，再与石墨烯分散液均匀混合，最后除去溶剂;　　(3)原位聚合。将石墨烯分散到聚合物单体中，发生单体－单体间、单体－石墨烯－单体间聚合，原料通常为改性石墨烯，以提高两者相容性。前两种方法是使聚合物进入石墨烯内部形成插层复合物，第3种方法是使聚合物在石墨烯上生长，三者均能有效地使石墨烯剥离并均匀分散。
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这个冬天，穿石墨烯高科技服饰出门(图)
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11月6日，圣泉集团向一线新闻记者赠送最新石墨烯产品。记者高歌 摄　　时报11月8日讯 （记者苏冉）在第16个中国记者节来临之际，济南报业集团的记者们感到心里热乎乎的。11月6日，作为全球首家研发出石墨烯内暖纤维服饰的济南本土企业——济南圣泉集团股份有限公司为济南报业集团各报网近800名一线记者赠送了刚刚面世的圣养服饰系列产品。这个冬天，记者们可以穿着这款具有低温远红外等功能的服饰外出采访。
　　“记者是一个神圣的职业，你们不论白天黑夜，不论严寒酷暑，四处奔波、不辞辛劳，感谢你们用鲜活的镜头和生动的文字记录下一个又一个关键的事件和一个又一个历史的瞬间。”6日上午，“圣养石墨烯功能服饰记者节送温暖行动”在济南日报大厦五楼会议室召开，圣泉唐和唐生物科技有限公司总经理宗刚在会上表示，圣泉集团通过生物质石墨烯和各类纤维材料的复合，研发出生物质石墨烯多功能纤维并进而生产出石墨烯内暖系列服饰产品。在记者节到来之际，企业将刚刚赶制出来的一批圣养石墨烯内暖纤维功能服饰产品赠送给济南报业集团的一线记者们，以表达对记者这一崇高职业的敬重。
　　宗刚介绍，由石墨烯内暖纤维制造的圣养牌多功能服饰，具有抗菌抑菌、强大的低温远红外、增暖增阳、防紫外线、防静电、吸湿快干等特性。内暖纤维袜子可以有效预防脚臭，连续穿着15天还可有助摆脱脚气困扰，内暖纤维内衣通过强大的低温远红外与皮肤接触后令身体的水分子和血液发生共振加速毛细血管微循环，深入皮层消炎化瘀，同时激发体内产生源源不断的自发性热源，其优秀的自发热效应让用户们可以轻松过冬。
　　在仪式现场，一位刚刚领到内暖服饰的一线记者表示，在记者节来临之际收到这种高科技礼物，心里感觉热乎乎的，“平时风里来雨里去，还真没时间关注和购买这种新型智能服饰，我会推荐更多人第一时间体验这款济南造的高科技新产品”。
　　诺奖得主盛赞的石墨烯服饰，济南可以买到了
　　11月每周六、周日前50名到专卖店者可免费获赠一双价值128元石墨烯袜子
　　本报近日连续刊发济南圣泉集团成功研发圣养石墨烯内暖纤维服饰的消息，不少市民纷纷致电本报询问，从哪里能买到这款高科技智能服饰。11月6日，圣泉唐和唐生物科技有限公司总经理宗刚在记者节送温暖活动现场表示，6日起已经可以在山大路和章丘明水两家唐和唐专卖店购买到圣养石墨烯内裤和袜子，而11月每周六、周日前50名到专卖店者可免费获赠一双价值128元石墨烯袜子。圣泉方面目前正在紧锣密鼓赶制保暖内衣，预计12月即可上市销售。
　　宗刚介绍，生物质石墨烯内暖纤维的问世，使圣泉占领了全球石墨烯生产及应用新高地。利用这种新材料加工制成的圣养多功能服饰具有良好的抗菌抑菌、强大的低温远红外、防紫外线、防静电等功能。在10月底于青岛举办的2015中国国际石墨烯创新大会上，圣养石墨烯系列服饰产品受到包括石墨烯发现人、诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆在内的众多业内专家一致好评，圣养服饰经媒体报道后也引发了市民极大关注和购买欲。
　　对此，他表示，由于工艺复杂、初期制作周期较长，现在上市的产品只有石墨烯内裤和袜子两款产品，有兴趣购买者可到位于济南市历下区山大路171-5号以及章丘市明水大街章丘宾馆北邻135号的唐和唐专卖店购买，为回馈广大市民对圣泉集团的厚爱，11月每周末前50名到以上两家专卖店者可免费获赠一双石墨烯袜子。
　　此外，喜欢网购的市民也可以在圣泉“梦网”官网选购产品或预定石墨烯保暖内衣系列产品。他透露，石墨烯保暖内衣系列预计12月将正式上市销售，市民今冬可以穿着高大上的石墨烯服饰过冬了。（记者苏冉）　　作者：苏冉
本文来源：舜网-济南时报
责任编辑：王晓易_NE0011
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故D正确；故选；C；D，依然具有金属的性质、石墨烯与铝合金，故A正确；B、烯合金是一种混合物，故B错误，具有可燃性，研制出一种具备特殊性能的烯合金、烯合金中有石墨烯，石墨烯是碳的单质，所以具有优良的导电性，故C正确，所以烯合金中一定含有碳元素和铝元素A、铝合金和石墨烯（一种碳单质）按一定比例混合制成“烯合金”
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