中國粉體網訊 自2004年，由海姆和諾沃肖洛夫首先制備出石墨烯以來，作為世界上最薄的二維材料，在學術界和工業界總能掀起一波又一波的研究熱潮。
十幾年來，在各行各業，石墨烯不斷煥發生機，憑依著性能優異、成本低廉、可加工性好等眾多優點，廣泛地應用于交通、建筑、包裝、家電、醫療、體育、電子、機械、航空航天等領域，有效的擴大了市場范圍。
目前，將具有優異性能的石墨烯用于塑料改性，已逐漸成為一種新的熱點。人們預測，有望在二十一世紀掀起一場新的技術革命。
石墨烯改性塑料的應用
目前，國內外對石墨烯改性塑料的研究成果豐碩，主要集中在石墨烯改善塑料的導電性、導熱性、力學性能和阻隔性能等方面。
石墨烯改性后的塑料性能更為優異，能帶來新的市場，以下是較為成熟，頗具市場前景的四種改性塑料。
1.防靜電功能塑料
（1）聚氯乙烯(PVC)／石墨烯復合材料
塑料本身是一種絕緣材料，表面電阻高達1×1013Ω以上，限制了其在防靜電、導電等領域的大規模應用。
石墨烯作為一種新興導電填料，不僅具有優異的力學性能，電子遷移率非常高，且橫縱比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導率低逾滲濃度的塑料。
（2）高密度聚乙烯(PE–HD)／石墨烯復合材料
PE–HD應用廣泛，具有成本低、力學性能好、絕緣性能好、熱穩定性好和加工方便等優點。但是，由于其固有絕緣性限制了應用領域，因此同樣存在一些問題，如材料表面容易積聚電荷等。
石墨烯納米片(GNP)的加入可使材料導電性能得到改善，并且采用聚苯胺(PANI)用于封裝GNP，其可減少成本并能提升GNP在PE–HD中的分散性和相容性。
具有優異力學性能和抗靜電性能的永久抗靜電PE–HD復合材料可以在許多行業中得到應用。
2.導熱功能塑料
近幾十年來，伴隨著電子器件性能的快速提高，電子器件散熱的有效管理已成為現代電子工業中最為關鍵的問題之一。通常使用低模量聚
合物基復合材料制成熱界面材料來解決這個問題。
石墨烯不僅在導電性能方面發揮重要作用，在開發高導熱性能聚合物復合材料中，也顯示出巨大的應用前景。添加石墨烯后，塑料可應用于LED燈的散熱件、汽車散熱件、電子電器散熱殼體等領域，取代部分金屬鋁等常用散熱材料，從而推進器件的輕量化，已引起學術界和工業界的高度重視。
目前發展較好的復合材料有：熱塑性聚氨酯(PUR-T)／石墨烯復合材料、尼龍(PA)6／石墨烯復合材料、聚丙烯(PP)／石墨烯復合材料等。
3.增強塑料
除了上述提到的石墨烯能為塑料提供導電導熱的特性以外，其還能賦予塑料優異的力學性能。
目前已經有石墨烯在發泡塑料領域的應用，并且應用于包裝、軍工等領域，也有利用石墨烯的高強度特性，開發新型的石墨烯汽車，使用石墨烯復合塑料做為汽車的骨架及結構件，滿足汽車向輕量化發展和低能耗等需求。
當前，石墨烯在工程塑料用量最大的兩種材料是尼龍（PA）6和尼龍(PA)66。
4.氣體阻隔功能塑料
在現代社會中，聚合物包裝在易變質物(如食品和藥)的保存和分銷中起著至關重要的作用。但聚合物基包裝材料性能往往受限于對氣體和蒸汽的固有滲透性，因此，開發改進的阻隔性塑料的研究已廣泛升級。
聚合物納米復合材料的氣體阻隔性主要由3個因素決定：填料性質(氣體擴散阻力、長徑比和體積分數)、聚合物基體的固有阻隔性和分散質量(團聚／特定界面、中間界面形成的自由體積和填料片層的結構／取向)。
石墨烯具有高透明度、相對較大的長徑比和大的比表面積，當其完全剝離并分散在聚合物納米復合材料中時，會使氣體滲透分子經過更長的路徑，可大幅提高塑料的氣體阻隔性。
石墨烯復合材料改性方法
結構完整的石墨烯表面是由不含任何不穩定鍵的六元環組合而成的二維晶體，其表面呈惰性狀態，是典型的雙疏結構，很難在聚合物基體中分散，這嚴重影響了石墨烯在聚合物改性中的應用。
目前石墨烯/聚合物復合材料主要的制備方法有熔融共混法、溶液混合法、原位聚合法3種。
1.熔融共混法
熔融共混是通過物理混合熔融擠出制備石墨烯/聚合物復合材料。
熔融共混是制備復合材料最經濟的方法，也是工業化最合適的方法。但是石墨烯在聚合物基體中的分散效果很差，性能改善不佳，實際中較少采用這種方法。
2.溶液混合法
溶液混合法是目前制備石墨烯/聚合物復合材料的重要方法。該方法簡單易行，石墨烯在聚合物中分散性好。缺點是制備過程使用大量的溶劑，去除溶劑過程也會有殘留，影響復合材料的性能。
3.原位聚合法
原位聚合是指將單體與石墨烯進行預先混合，使單體分子插入石墨烯層間，然后再引發聚合。
原位聚合是目前解決石墨烯分散的主要方法，通過原位聚合可以得制備分散均勻、相容性好、界面結合力強的石墨烯/聚合物復合材料。
結語
國內對石墨烯改性塑料雖然起步晚，但是發展速度快，面對新興領域的興起，各個行業領域會需要性能更高、功能更多的聚合物／石墨烯納米復合材料。
未來的很長一段時間，除了導電、導熱、增強和阻隔等領域，在電磁屏蔽、抗菌、耐摩擦等方面，石墨烯改性塑料研究也將會有著良好的發展前景。
參考來源
歐陽春平等.石墨烯制備、改性及其聚合物復合材料研究進展
鄧智鵬等.石墨烯在塑料改性領域中的應用
