石墨烯为什么难以分散?如何解决?

目前石墨烯的各类合成技术都已经成熟,关键是石墨烯材料难以在其他基体中分散,是制约其大规模应用的难点。没有大规模应用,石墨烯就没有发展的动力。石墨烯为什么难以分散?这是由于其特殊的结构所决定的,具体原因如下:

 1、片状结构

石墨烯为典型的片状结构,尤其是化学气相沉积法生产的石墨烯厚度又很薄,在复合过程中很容易造成片状结构的褶皱,严重的甚至变程团状,破坏了片状结构的特性,达不到应有的改性效果。尤其是采用CVD方法生产的石墨烯薄膜,片状结构特性更强。

2、分子间力

单层石墨烯层间的范德华力很大,外来物质和外来力很难打开,因此难以分散在聚合物中,要采用各种方法降低分子间的范德华力。主要方法为增加石墨烯层数单层石墨烯的尺寸还不到1纳米,比表面积太大了很容易聚集,一般尺寸般达到10层(5纳米)以上后范德华力会减弱一些,外来物质材可以打开,添加到复合材料中才可以分散。但是层数要达到10层以上,就已经成为石墨烯片了,很多改性作用发挥不出来。

3、相溶性问题

氧化还原反应生产的石墨烯因采用强氧化剂氧化,在石墨烯层之间产生了氧化基团,降低了分子间力,与其他方法石墨烯相对而言其分散可能行性大大提高。

石墨烯材料分子结构上官能团成分很少,纯净石墨烯与聚合物的相容性不好。


4、设备没有选对

现在大多数采用超声、砂磨机、高压均质机、批次搅拌等等,这些虽能对石墨烯进行分散,但是时间久、效率低、还容易破坏其内部结构,后期设备维护比较麻烦等等,上海依肯针对上述问题,进行研究及客户反应的情况进行总结,特综合改进一款可以是石墨烯充分均匀分散的设备,此设备特别适合于需要研磨分散均质一步到位的物料。结构为立式分体结构,精密的零部件配合运转平稳,运行噪音在73DB以下。同时采用德国博格曼双端面机械密封,并通冷媒对密封部分进行冷却,把泄露概率降到低,保证机器连续24小时不停机运行。

 

从设备角度来分析,影响研磨分散机效果因素有以下几点:

1.研磨头的形式(批次式和连续式)(连续式比批次式要好)

2.研磨头的剪切速率,(越大效果越好)

3.研磨的齿形结构(分为初齿、中齿、细齿、超细齿、越细齿效果越好)

4.物料在分散墙体的停留时间、研磨分散时间(可以看作同等电机,流量越小效果越好)

5.循环次数(越多效果越好,到设备的期限就不能再好了。)

 

线速度的计算:

剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。

剪切速率 (s-1) =      v  速率 (m/s)   
               g 定-转子 间距 (m)

由上可知,剪切速率取决于以下因素:

转子的线速率

在这种请况下两表面间的距离为转子-定子 间距。 
IKN 定-转子的间距范围为 0.2 ~ 0.4 mm  

速率V=  3.14 X  D(转子直径)X 转速 RPM  /   60

 所以转速和分散头结构是影响分散的一个zui重要因素,超高速分散均质分散机的高转速和剪切率对于获得超细微悬浮液是zui重要的

 

 

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