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石墨烯分散技术及设备

2023-12-15   

石墨烯分散的目的是为了实现互不相溶相的分散,必须强力粉碎并混合其粒子,这意味着新表面的形成必须克服表面张力的阻力来实现。随着技术的不断发展,团聚问题已成为石墨烯继续发展的瓶颈,石墨烯分散机提高石墨烯分散性,已经成为提高产品(材料)质量、性能和工艺效率不可或缺的技术设备。


石墨烯是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄也是最坚硬的纳米材料,几乎完全透明,只吸收2.3%的光;导热系数高达5300W/(m·K),高于碳纳米管和金刚石,常温下其电子迁移率超过15000cm2/Vs,又比纳米碳管或硅晶体高,而电阻率只约10-8Ω/m,比铜或银更低,为世上电阻率最小的材料。


石墨烯由于表面惰性导致其与很多物质不溶且分散性差,如何解决石墨烯发展中的瓶颈问题有两种思路:一是低成本高质量石墨烯原料的规模化生产;二是石墨烯的商业化应用。近两年石墨烯进入产业化应用阶段,产业链上下游互动至关重要,石墨烯分散机觉得,我们必须面向用户进行二次开发,去解决分散和成型等共性技术难题,让石墨烯更接“地气”。

石墨烯粉体的粒度细微、比表面积大、表面能高、表面原子数增多及原子配位不足等特性,使得这些表面原子具有很高的活性,极不稳定,很容易团聚形成带有若干链接接口的尺寸较大的团聚体。粉体的团聚一般分为软团聚和硬团聚。团聚体的形成使得纳米颗粒不能以单一的颗粒均匀分散,不能发挥其应有的纳米特性,对纳米粉体的应用性能产生十分不利的影响。


石墨烯分散机解读机械搅拌分散


机械分散的必要条件是机械力(指流体的剪切力及压应力)应大于微纳米粉体间的粘着力。其具体形式有研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、砂磨分散、高速搅拌等。机械搅拌分散不用添加接口改性剂或偶联剂,不考虑材料组成成份,是在低于高分子材料玻璃化温度下(即在固态状态),通过边粉碎、边混合、边反应,使高分子与其他化学结构不同、性质不同的材料强制混合形成复合材料的复合方法。


在机械搅拌下,纳米微粒的特殊表面结构容易产生化学反应,形成有机化合物支链或保护层,使纳米微粒更易分散。但机械搅拌也存在几个问题:


(1)一旦颗粒离开机械搅拌产生的湍流流场外部环境,他们又有可能重新团聚,而且搅拌会造成溶液飞溅,使反应物损失;

(2)由于是一种强制性分散方法,相互粘结的分体尽管可以在分散器重被打散,但其之间的作用力犹存,排出分散器后又可能重新粘结团聚。因此如何维持打散粒子的稳定性仍然是一个需要克服的难题;

(3)研磨等需要的中间介质(如氧化锆珠等)使用时成本高、能耗大。又如:高速搅拌剪切分散机,它可以达到每分种几十万转的速度,在高真空的状态下,所获得的体系颗粒度通常在100nm以上,不十分理想。

机械搅拌分散的前提是:纳米材料的原生粒子一定要是纳米级的,发生的是软团聚现象。

 



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