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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

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