石墨烯是一種強度較高的材料，將其制備合成高性能的聚合物在工業(yè)生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價值。隨著我國各項事業(yè)的綜合發(fā)展，工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)Σ牧系囊笤絹碓礁?，橡膠材料作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的一種常見材料，提高橡膠材料西姆克石墨烯與橡膠進行復(fù)合材料制備，能夠顯著提高傳統(tǒng)橡膠材料的性能，提高材料的功能化，是我國橡膠材料發(fā)展的主要方向。
西姆克：提高傳統(tǒng)橡膠材料性能
石墨烯作為納米填料，其具比表面積更大和更強的作用力，優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能，將石墨烯用于提高傳統(tǒng)橡膠材料的性能是當(dāng)前我國工業(yè)生產(chǎn)的主要趨勢。目前，已知石墨烯的制備方法五花八門，本文就石墨烯的應(yīng)用展望進行探討，旨在為石墨烯在我國工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮最大價值提供一點理論幫助。
石墨烯的性質(zhì)及應(yīng)用
石墨烯特殊的晶體結(jié)構(gòu)賦予其較好的導(dǎo)電性。當(dāng)電子在石墨烯層中傳輸時，干擾小并且散射不容易，遷移率高達 2x105cm2/V.s，大概是硅中電子遷移率的 140 倍。導(dǎo)電率為 106S/m，是室溫下最好的導(dǎo)電材料之一。單層石墨烯透明度高，可見光的吸收率大約為 2.3%。因此，可以從薄層石墨烯的可見光透射率估計層數(shù)，石墨烯層數(shù)的初始區(qū)分也就更加容易。石墨烯作為透明導(dǎo)電薄膜材料中的首選，可替代傳統(tǒng)的薄膜材料，如氧化銦錫（ITO）和氟摻雜氧化錫（FTO）。在表面改性之后，石墨烯不僅可以用作有機光電器件中的電子受體，同時又具備了更高的熱學(xué)、力學(xué)性能，拉伸強度和彈性模量分別達到 125GPa 和 1.1TPa。作為已知材料中具有最高強度和硬度的晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯在復(fù)合材料的應(yīng)用價值巨大。其室溫導(dǎo)熱系數(shù)大約為 5×103W/m.K，因此在導(dǎo)熱方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
石墨烯在橡膠中的應(yīng)用分析與普通橡膠材料的合成應(yīng)用
石墨烯復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能受諸多因素的影響，例如石墨烯的分散程度以及橡膠基質(zhì)同石墨烯之間發(fā)生界面相互作用，橡膠復(fù)合材料的交聯(lián)密度等。在天然橡膠中逐漸添加石墨烯，會造成炭黑的機械性能發(fā)生變化。這種變化規(guī)律為：石墨烯復(fù)合材料的拉伸強度得到顯著提高。在石墨烯含量的不斷增加的過程中，斷裂伸長率和 100％伸長率得到顯著改善。
分析出現(xiàn)這種的情況的原因為石墨烯與碳納米管和炭黑相比具有其獨特的特性：柔韌性和厚度超薄，這導(dǎo)致石墨烯的強機械結(jié)合和吸附能力，此外，石墨烯還具有高比表面積，所以向橡膠材料中添加石墨烯造成系統(tǒng)中物理纏結(jié)點和交聯(lián)點的增加，進而導(dǎo)致交聯(lián)密度增加。隨著石墨烯含量的增加，帶來體系中的物理交聯(lián)點以及纏結(jié)點也在不斷增加，隨之增加的是斷裂伸長率和拉伸應(yīng)力。另外，隨著石墨烯含量的增加，當(dāng)交聯(lián)密度固定在某一值時，石墨烯結(jié)晶更加容易，應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶是提升復(fù)合材料的關(guān)鍵因素，因此具有較大的工業(yè)價值。
西姆克：提高傳統(tǒng)橡膠材料性能與導(dǎo)電高分子的合成應(yīng)用
與普通納米填料、碳納米管比起來，合成石墨烯主要來源于天然石墨，它不僅價格便宜而且易于使用。此外，石墨烯具有獨特的層狀結(jié)構(gòu)，這是一種非常薄的單層結(jié)構(gòu)。因此可以被認(rèn)為是理想的高導(dǎo)電填料，它可以通過與聚合物材料配合來提高聚合物材料的導(dǎo)電性。
石墨烯橡膠復(fù)合材料的展望
隨著越來越多的專家學(xué)者對石墨烯橡膠符合材料展開研究，也為復(fù)合材料的創(chuàng)新使用提供了思路。如下圖所示，將石墨烯進行改性有利于進一步開拓石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用途徑。
當(dāng)前，將石墨烯材料加進復(fù)合材料還處于初步的理論階段，當(dāng)前石墨烯的制備工藝還沒有炭黑、碳納米管等工藝那樣純熟，在石墨烯制備的過程中容易發(fā)生操作失誤引起材料缺陷的情況，這些不足都還有待今后的進一步優(yōu)化鞏固，促進石墨烯在與橡膠材料復(fù)合制備中發(fā)揮出更大的價值。
