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石墨烯為什么難以分散？如何解決？

目前石墨烯的各類合成技術(shù)都已經(jīng)成熟，關(guān)鍵是石墨烯材料難以在其他基體中分散，是制約其大規(guī)模應(yīng)用的難點(diǎn)。沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯就沒(méi)有發(fā)展的動(dòng)力。石墨烯為什么難以分散？這是由于其特殊的結(jié)構(gòu)所決定的，具體原因如下：

 1、片狀結(jié)構(gòu)

石墨烯為典型的片狀結(jié)構(gòu)，尤其是化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)的石墨烯厚度又很薄，在復(fù)合過(guò)程中很容易造成片狀結(jié)構(gòu)的褶皺，嚴(yán)重的甚至變程團(tuán)狀，破壞了片狀結(jié)構(gòu)的特性，達(dá)不到應(yīng)有的改性效果。尤其是采用CVD方法生產(chǎn)的石墨烯薄膜，片狀結(jié)構(gòu)特性更強(qiáng)。

2、分子間力

單層石墨烯層間的范德華力很大，外來(lái)物質(zhì)和外來(lái)力很難打開(kāi)，因此難以分散在聚合物中，要采用各種方法降低分子間的范德華力。主要方法為增加石墨烯層數(shù)，單層石墨烯的尺寸還不到1納米，比表面積太大了很容易聚集，一般尺寸般達(dá)到10層（5納米）以上后范德華力會(huì)減弱一些，外來(lái)物質(zhì)材可以打開(kāi)，添加到復(fù)合材料中才可以分散。但是層數(shù)要達(dá)到10層以上，就已經(jīng)成為石墨烯片了，很多改性作用發(fā)揮不出來(lái)。

3、相溶性問(wèn)題

氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)的石墨烯因采用強(qiáng)氧化劑氧化，在石墨烯層之間產(chǎn)生了氧化基團(tuán)，降低了分子間力，與其他方法石墨烯相對(duì)而言其分散可能行性大大提高。

石墨烯材料分子結(jié)構(gòu)上官能團(tuán)成分很少，純凈石墨烯與聚合物的相容性不好。

4、設(shè)備沒(méi)有選對(duì)

現(xiàn)在大多數(shù)采用超聲、砂磨機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)、批次攪拌等等，這些雖能對(duì)石墨烯進(jìn)行分散，但是時(shí)間久、效率低、還容易破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，后期設(shè)備維護(hù)比較麻煩等等，上海依肯針對(duì)上述問(wèn)題，進(jìn)行研究及客戶反應(yīng)的情況進(jìn)行總結(jié)，特綜合改進(jìn)一款可以是石墨烯充分均勻分散的設(shè)備，此設(shè)備特別適合于需要研磨分散均質(zhì)一步到位的物料。結(jié)構(gòu)為立式分體結(jié)構(gòu)，精密的零部件配合運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運(yùn)行噪音在73DB以下。同時(shí)采用德國(guó)博格曼雙端面機(jī)械密封，并通冷媒對(duì)密封部分進(jìn)行冷卻，把泄露概率降到低，保證機(jī)器連續(xù)24小時(shí)不停機(jī)運(yùn)行。

從設(shè)備角度來(lái)分析，影響研磨分散機(jī)效果因素有以下幾點(diǎn)：

1.研磨頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次式要好）

2.研磨頭的剪切速率，（越大效果越好）

3.研磨的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒、中齒、細(xì)齒、超細(xì)齒、越細(xì)齒效果越好）

4.物料在分散墻體的停留時(shí)間、研磨分散時(shí)間（可以看作同等電機(jī)，流量越小效果越好）

5.循環(huán)次數(shù)（越多效果越好，到設(shè)備的期限就不能再好了。）

線速度的計(jì)算：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)速率。

剪切速率 (s-1) =      v  速率 (m/s)   
               g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素：

轉(zhuǎn)子的線速率

在這種請(qǐng)況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。 
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm  

速率V=  3.14 X  D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM  /   60

 所以轉(zhuǎn)速和分散頭結(jié)構(gòu)是影響分散的一個(gè)zui重要因素，超高速分散均質(zhì)分散機(jī)的高轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是zui重要的

上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司是一家中德合作經(jīng)營(yíng)企業(yè)，依肯通過(guò)引進(jìn)德國(guó)IKN技術(shù)和科學(xué)管理模式，形成了完整的研發(fā)、制造及營(yíng)銷體系。她保持與全球的混合乳化技術(shù)同步，同時(shí)擁有一流的技術(shù)研究人才和生產(chǎn)能力，為中國(guó)及全球提供多元化的產(chǎn)品及技術(shù)服務(wù)。