2018年是改革開放40周年。40年來，中國取得了舉世矚目的成就，各行各業(yè)蓬勃發(fā)展，形成了一批批具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)集群，推動(dòng)著中國這艘巨輪不斷前行。

2018第十二屆[EVCHINA上海國際節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)]于2018年7月11日上海新國際博覽中心盛大開幕。

近幾年動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，技術(shù)水平有較大提升，生產(chǎn)成本持續(xù)下降，行業(yè)集中度水平明顯提高，整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)整體向好。

高性能的石墨烯重防腐涂料制備關(guān)鍵技術(shù)就是石墨烯的分散問題。物理分散法一般分散能力有限，化學(xué)分散法雖然分散能力強(qiáng)，但是一般會(huì)導(dǎo)致共軛片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，相比較而言，非共價(jià)鍵修飾的官能團(tuán)是一個(gè)較好的方式，基于范德華力和π-π相互作用，可以在石墨烯表面接枝比較好的高分子，這樣可以避免產(chǎn)生缺陷及破壞片層表面的共軛結(jié)構(gòu)。

在過去的十多年里，在水溶液中大批量制備無表面活性劑的單層石墨烯一直是材料科學(xué)家夢(mèng)寐以求的愿望。然而由于石墨烯表面的疏水性，很難均勻分地散到水中，容易團(tuán)聚，因此也限制了石墨烯的應(yīng)用發(fā)展。

分散技術(shù)乃是決定納米科技成功之關(guān)鍵。在1998年以前，企業(yè)界所面臨的問題為如何提高分散研磨效率以降低勞力成本，如染料、涂料、油墨等產(chǎn)業(yè)；而1998年以后，產(chǎn)業(yè)之技術(shù)瓶頸則為如何得到微細(xì)化（納米化）之材料及如何將納米化之材料分散到最終產(chǎn)品里。在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)納米化的過程中，最常遇到的共同問題為所添加的納米粉體因未經(jīng)改質(zhì)而易再次凝聚，不易被分散開來，導(dǎo)致預(yù)期的納米現(xiàn)象并沒有產(chǎn)生。

石墨烯層包含了面內(nèi)σ鍵和面外π鍵。σ鍵使石墨烯具有電子傳導(dǎo)性并使石墨烯層之間產(chǎn)生了較弱的相互作用。共價(jià)σ鍵形成了六邊形結(jié)構(gòu)和c軸面的剛性主鏈，即π鍵控制著不同的石墨烯層之間的關(guān)聯(lián)。它展示了一個(gè)面上的3個(gè)σ鍵／原子以及垂直于σ鍵／原子面的π軌道。

石墨烯為碳的一種的同素異構(gòu)體，碳的同素異構(gòu)體不同，其性能大不相同。無序結(jié)構(gòu)的炭黑就是我們常用的鉛筆芯材料，三維結(jié)構(gòu)的金剛石就是我們佩戴的高貴鉆戒首飾，而我們今天要講的二維結(jié)構(gòu)石墨烯更是神奇無限！

“石墨烯應(yīng)用目前遭遇瓶頸，我們的任務(wù)就是打破瓶頸。”在7月12日于江蘇徐州舉行的橡膠高峰論壇上，青島科技大學(xué)教授辛振祥介紹，為突破石墨烯的應(yīng)用瓶頸，他們以植物系材料作為分散助劑實(shí)現(xiàn)了石墨烯綠色宏量制備。同時(shí),植物系材料的加入還一次性解決了石墨烯相容和分散性差兩大難題，有助于打破石墨烯的應(yīng)用瓶頸。

隨著石墨烯制備技術(shù)的不斷發(fā)展，團(tuán)聚問題已成為石墨烯制備過程中的瓶頸，因此提高石墨烯分散性已經(jīng)成為提高產(chǎn)品（材料）質(zhì)量、性能和工藝效率不可或缺的技術(shù)方法。

通常石墨烯與水不能很好的混合，當(dāng)石墨烯在水中時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“懸鍵”（水分子的氫原子會(huì)指向石墨烯表面），并且石墨烯附近的水分子不能形成3個(gè)以上的氫鍵，而純水中平均每個(gè)水分子有3.6個(gè)氫鍵。因此石墨烯及非極性碳?xì)浠飼?huì)破壞水中的氫鍵從而引起疏水相互作用，從而導(dǎo)致石墨烯在水中難以溶解。另外石墨烯促進(jìn)溶解在水中的納米氣泡在石墨烯表面形核，這也會(huì)加劇石墨烯的團(tuán)聚和沉淀。

化學(xué)法首先利用氧化反應(yīng)將石墨氧化為氧化石墨，通過在石墨層與層之間的碳原子上引入含氧官能團(tuán)而增大層間距，進(jìn)而削弱層間的相互作用。

石墨烯應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料時(shí)，一般采用溶液共混的方法復(fù)合，因此需要首先制備出穩(wěn)定均一的石墨烯分散液，其次與聚合物復(fù)合制備出性能優(yōu)良的復(fù)合材料。

石墨烯是一種二維蜂窩狀碳材料，由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布而組成。碳碳原子之間由sp2雜化結(jié)合而成，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)致使其具有很多優(yōu)異的性質(zhì)。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的硬度最大的物質(zhì)，且有極好的力學(xué)性能（1060GPa），其理論比表面積高達(dá)2600m2/g，具有突出的導(dǎo)熱性能，可高達(dá)3000W/(m·K)。此外，石墨烯還具有良好的導(dǎo)電性。在室溫下，其電子遷移率可高達(dá)20000cm2/(V·s)。由于石墨烯的優(yōu)良性能，科研工作者考慮將其作為增強(qiáng)體加入到基體材料中以提高基體材料的性能。

石墨烯二維材料的厚度只有幾個(gè)納米，具有納米材料顆粒之間高強(qiáng)的吸附性能，故很難被完全分散開，且由于純碳材料所固有的疏水性，使得石墨烯不能夠充分分散在其他材料中，這極大地限制了材料性能的發(fā)揮，因此如何將其分散成為石墨烯應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。

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)。沒有大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯就沒有發(fā)展的動(dòng)力。石墨烯為什么難以分散？如何使石墨烯與其他材料相容？

眾所周知，石墨烯具有一系列優(yōu)異的性質(zhì)，在許多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用，那么，在汽車領(lǐng)域，石墨烯具有什么樣的應(yīng)用呢？下面我們一起來看一下。

石墨烯作為科技行業(yè)最時(shí)髦的一種分子，已經(jīng)逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，正向著我們生活的方方面面滲入——智能手機(jī)、衣服、電池、虛擬現(xiàn)實(shí)、運(yùn)動(dòng)器材、超級(jí)電容器和超級(jí)跑車等。

這個(gè)時(shí)候，既不需要因?yàn)槭┘夹g(shù)昂貴、而一棒子打死；也不需要，因?yàn)檫@款技術(shù)有很好的替代性，而進(jìn)行偷換概念的制造，這都是與新技術(shù)發(fā)展那格格不入的。

北京理工大學(xué)的曲良體教授和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了由氧化石墨烯制備的三維結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)具有足夠大的孔洞，可允許水分子自由通過。當(dāng)水從這種材料的頂部流淌到底部的時(shí)候，水分子將和氧化石墨烯中的含氧基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，分離形成氫離子；剩下的氧基團(tuán)則非均一的分布在材料中，這將產(chǎn)生足夠多的離子，從而生成電能。