石墨烯在建筑涂料中的应用.docxVIP

PAGE 16 - 摘要 目前科学家已将石墨烯应用于航空、运输、能源、材料、电子、生物医药等领域,并且取得了很多的成果,开辟了石墨烯材料的新时代。经功能化改性的石墨烯能够很好地和水、有机溶剂以及聚合物相溶,极大地增加了其在涂料领域中的应用。国内外学者将石墨烯或氧化石墨烯应用于建筑涂料领域的研究已经取得了一定的成果,充分利用石墨烯的优异性能，这将有望推动涂料工业的发展与革新，并以新型功能化涂料等形式走进人们的日常生活。 本课题介绍了石墨烯优异的力学、热学、电学性能和制备方法，阐述了不同种类石墨烯功能性涂料的制备，机理及石墨烯掺入量对石墨烯功能性涂料性能的影响。总结了石墨烯建筑涂料在生产应用中存在的问题，最后对石墨烯在建筑涂料中的应用做了展望。 关键词：石墨烯；防腐涂料；防火涂料；应用 第一章 绪论 人们利用碳材料的方式有很多，随着人类对碳材料的不断探索和日益发展的先进技术，使得碳元素从最初的天然石墨、活性碳等传统碳材料，发展到现在的石墨烯，碳纳米管，富勒烯等新材料。石墨烯作为近几年新兴材料的研究热点，其独特结构特点和突出的力学性能、优异的导电导热能力及稳定的化学性能受到国内外科研工作者的研究。石墨烯优异的特性让它在很多领域已经得到了应用，建筑涂料行业也充分利用石墨烯这种新型碳材料开发石墨烯功能性建筑涂料，推动了建筑涂料行业的革新与发展，本文将介绍石墨烯及其优异性能并对石墨烯在建筑涂料中的应用作较为详细的综述。 石墨烯作为新材料中的一颗耀眼新星，国内石墨烯的研究起步较晚，通过我国科研人员孜孜不倦的努力石墨烯的研发及应用推广发展迅速，整体水平已经慢慢接近国外，并在一些应用技术领域处于领先。我国科研工作者发现将石墨烯或者经过改性后的石墨烯添加到涂料中，能提高涂料的诸多性能。道蓬科技有限公司[1]成功研制出世界上最薄的石墨烯防腐涂料之一，耐腐蚀时间长达3000小时，漆防腐性能是美国重防腐涂料的3倍。2019年1月15日，世界第一输电高塔[2]在我国浙江舟山建成，据了解这两座高塔高塔安家的地方条件确实比较“恶劣”， 杆塔腐蚀速度要比内陆地区快3-5倍，我国科学家成功将新型石墨烯改性重防腐涂料应用于此高塔上。该防腐工程的耐盐雾寿命超过9000小时，是传统涂料的三倍。 英国和美国是石墨烯在国外发展[3]的代表国家。作为第一个发现石墨烯的国家，早期英国的石墨烯科学研究水平一直领先于时代，但随着亚洲国家对相关的应用研究和不断地产业化发展。现在英国对石墨烯的相关研究已滞后于亚洲国家。石墨烯研究已被美国、日本、韩国、等80多个国家和组织列为国家未来核心竞争技术。美国的IBM、杜邦，德国的巴斯夫、拜耳，日本的索尼，韩国的三星等公司都有参与石墨烯的研发。德国巴斯夫公司先与美国Vorbeck Materials石墨烯公司再和西班牙Avanzare纳米材料公司共同开发了电子工业用石墨烯导电涂料。2013年10月，Thermene公司推出了一种基于氧化石墨烯的石墨烯[4]，这种氧化物石墨烯的导热涂层，它可用于CPU散热。石墨烯散热涂料还可广泛应用于空调散热、芯片等领域。2014年, 西班牙Graphenano公司宣布推出了名为Graphenstone的石墨烯涂料, 具有超强特性, 可以保护建筑物免受环境伤害。 第二章 石墨烯在建筑涂料中的应用 2.1石墨烯的概述 2.1.1石墨烯的简介 2004年，科学家从石墨中成功剥离出石墨烯。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料[5]。石墨烯是目前世界上最薄的、强度最大的、导电导热性能最好、透光性和电子传输性最优异的新型碳材料。 2.1.2石墨烯的优异性能 （1）力学性能 只有一个碳原子层厚的石墨烯虽燃很薄，却具有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知的力学强度最高的材料之一，相关研究表明[6]，石墨烯的强度可以达到130GPa，该强度是世界上最好的钢铁的100倍，远超于现有的建筑材料。石墨烯还具有很好的拉伸强度，有人通过采用Tersoff势对手性石墨烯的拉伸力学性质进行研究[7]，计算出仅0.335nm的石墨烯薄膜其拉伸强度可以达到200.1GPa，杨氏模量达到0.926TPa。拉断相同厚度的石墨烯所需的力比拉断相同厚度的钢材高200倍 。另外，在受到外部压力时，各个碳原子相互作用力非常强，可以通过弯曲变形来确保结构的稳定性。 （2）热学性能 石墨烯能在实验室制备出来后，研究人员一直对它的热学性能不断研究让它在某些领域具有不可忽略的应用和意义，2008年，Morooka M等人首次用微拉曼光谱法[8]测出了石墨烯的热导值。石墨烯的热导值高达3500 - 53 00w/ MK[9]。相比相同尺寸的金、银、 铜的导热值，石墨烯的导热值是他们的10多倍，这种高导