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石墨烯為什么難以分散?如何解決?

石墨烯為什么難以分散?如何解決?
IKN  2019-03-11  |  閱讀:3318

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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。沒有大規(guī)模應(yīng)用,石墨烯就沒有發(fā)展的動力。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),尤其是化學氣相沉積法生產(chǎn)的石墨烯厚度又很薄,在復(fù)合過程中很容易造成片狀結(jié)構(gòu)的褶皺,嚴重的甚至變程團狀,破壞了片狀結(jié)構(gòu)的特性,達不到應(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。

2、分子間力

單層石墨烯層間的范德華力很大,外來物質(zhì)和外來力很難打開,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,一般尺寸般達到10層(5納米)以上后范德華力會減弱一些,外來物質(zhì)材可以打開,添加到復(fù)合材料中才可以分散。但是層數(shù)要達到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。

3、相溶性問題

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

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


4
設(shè)備沒有選對

現(xiàn)在大多數(shù)采用超聲、砂磨機、高壓均質(zhì)機、批次攪拌等等,這些雖能對石墨烯進行分散,但是時間久、效率低、還容易破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu),后期設(shè)備維護比較麻煩等等,上海依肯針對上述問題,進行研究及客戶反應(yīng)的情況進行總結(jié),特綜合改進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轉(zhuǎn)平穩(wěn),運行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機械密封,并通冷媒對密封部分進行冷卻,把泄露概率降到低,保證機器連續(xù)24小時不停機運行。

 

從設(shè)備角度來分析,影響研磨分散機效果因素有以下幾點:

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、細齒、超細齒、越細齒效果越好)

4.物料在分散墻體的停留時間、研磨分散時間(可以看作同等電機,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。)

 

線速度的計算:

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。

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zui重要因素,超高速分散均質(zhì)分散機的高轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是zui重要的

 

 

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

 

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