石墨烯在树脂中的应用(ppt文档)
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常州第六元素材料科技股份有限公司
1
目录
石墨烯介绍 石墨烯在树脂中的应用 常州第六元素材料科技股份有限公司介绍
石墨烯是单原子层的石墨
石墨是碳单质的同素异形体 之一
碳元素是神奇的六号元素， 其单质的众多同素异形体， 从最硬到极软、全吸光到全 透光、绝缘体到半导体到导 体、绝热到良导热、高临界 温度的超导体等。
150 万美元 140 万美元 36万美元 2200万美元
复合材料的研究 石墨烯电子器件 场效应晶体管、存储器件开发 石墨烯连续制备工艺 生物传感器 石墨烯热性能 DARPA发布碳电子射频应用项目(IBM)
750 万美元
石墨材料基础研究和功能石墨烯材料研究和器件概念
约35万美元 经费 （日本）
锂离子电池用的纳米石墨烯复合电极的商业化生产 研究方向
石墨烯
石墨烯 Graphene
高机械 强度
石墨烯厚度仅变0.335nm，杨氏模 量高达1TPa ，断裂强度高达 130GPa
高导电 性
石墨烯电阻率仅10-6 Ω·cm，常温下 其电子迁移率超过15000cm2/V·s
） 导按热作性用和
功能分类
单层石墨烯的导热系数高达5300 W/m·K, 高于碳纳米管（3000～3500 W/m·K）和金
石墨烯在树脂中的应用——力学性能 不饱和聚酯树脂为例
石墨烯在树脂中的应用——导电性
改性的氧化石墨烯与环氧树脂复合，加入2%的改性石墨 烯，环氧复合材料的储能模量增大113% ， 4%的加入量时， 强度增大38%。纯EP树脂电阻为1017cm，添加氧化石墨烯 后电阻下降6.5个数量级。
Chenlu Bao,Yuqiang Guo,Lei Song, et al. J. Mater. Chem., 2011,21, 1329013298.
石墨烯在树脂中的应用——导热性
Xingyi Huang将碳纳米管（CNTs)、石墨烯 (GNPs)加入到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 和 20 vol% GNPs，复合材料的导热系数达到7.30 W/mK 。
Xingyi Huang, Chunyi Zhi, Pingkai Jiang, et alJ. Phys. Chem. C, 2012, 116 (44), 23812-23820.
羟基等官能团和制备石墨烯过程中形成的均会使石 墨烯变为褶皱的形态，这些纳米级别的表面不平整 性可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。
官能团化石墨烯表面含有羟基、羧基等化学基团，可与 极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。
石墨烯与树脂复合后的断面分析
纯EP
0.01% Graphene/EP
纯EP试件的断面 比较平滑整齐，裂纹 呈直线型且均匀有序 ，属于典型的脆性断 裂
当Graphene的含量高于临界值时，Graphene容易形成团聚，成为应
力集中点，反而降低Graphene/EP复合材料的强度和韧性。
分散差
分散好
SEM可见，如果石墨烯分散不好则会形成硬团聚体 ，使石墨烯会成为材料的缺陷,降低了环氧树脂的强度 ,而石墨烯的分散较好其形成的软团聚体及单分散的石 墨烯则成为环氧树脂的增强体;另外一个原因是石墨烯 与树脂基体的的界面结合力更强。
石墨烯在树脂中的应用——阻燃性
peak heat release rate
maxium heat release rate temperature
total heat released
当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯 (FGO) 时阻燃性能提高了23.7%， 加入 5 wt %的石墨烯时阻燃性能提高了 43.9% 。
5400万欧元
13.5 亿美元
研究方向
石墨烯基纳米电子器件项目
悬浮石墨烯纳米结构项目 石墨烯的纳米级应用项目
超级电容的石墨烯电极项目
石墨烯物理性能和应用研究项目三个主要方向， 首先重点研究石墨烯隔膜和独特的一维性能；第二是 模拟无质量相对论粒子的石墨烯电荷载体，第三是石 墨烯晶体管的应用研究。 旗舰项目将协调来自欧洲17个国家学术界和产业界的 126 个研究组， 石墨烯柔性透明导电薄膜的研究(诺基亚)
随着Graphene含量的
0.02% Graphene/EP
0.1% Graphene/EP
增加，断面趋于粗糙，变得
凹凸不平；裂纹方向趋于无
序，形貌趋于细碎。存在能
够阻止基体裂纹的宏观扩展
，防止裂纹过快增长，同时
使裂纹呈杂乱分布，消耗断
裂能量，从而提高了
Graphene/EP复合材料的强
度和韧性。
但是
9 亿日元
碳纳米管和石墨烯的批量合成技术
经费 （韩国） 研究方向
1870万美元
石墨烯技术研发及商业化应用研究
2.5亿美元 4230万美元
wenku.baidu.com
1.24 亿美元用于石墨烯技术研发， 1.26 亿美元用于石墨烯商业化应用研究
三星（触摸面板）、韩国电子通信研究院（OLED 面 板 ）、SANGBO（复合薄膜）、CHANGSUNG（电磁屏蔽涂 层）和浦项制铁（防腐涂层）等
1060万欧元 450多万英镑
2010年DFG启动——石墨烯31研究项目
8
用于设备和工程研究，石墨烯的这些性质可用于 多功能涂层、纤维复合材料和三维网络等
石墨烯技术专利分析报告
XG公司
•生产石墨烯 40吨/年
9
石墨烯在树脂中的应用——力学性能 环氧树脂为例
石墨烯增强树脂机理
石墨烯具有很大的比表面积，加上石墨烯的分子级的分 散，可与聚合物之间形成较强的界面作用，显著改善了 界面载荷传递，从而达到较好的增强效果。
经费 （中国） 研究方向
83万 100 万
可见光响应的新型石墨烯-TMDs 基纳米复合材料光催 化处理水体中难降解有机污染物的机理研究
新型碳基复合材料
83万 80万
钛酸锂/ 石墨烯负极材料的可控合成及其电化学性能研 究
高效石墨烯/ 半导体纳米结构异质结光伏电池的研究
经费 （欧盟及 成员国） 239 万欧元 389 万欧元 505 万欧元 494 万欧元 177.5万美元
刚石（1000～2200 W/m·K
其它性能
高比表面积，理论值可达2630 m2/g ； 高透光度； 有良好的化学稳定性
不同炭材料微观形貌分析
磷片石墨
可石墨石墨
导电炭黑
石墨烯
石墨烯的主要制备方法
化学氧化还原法
化学气相沉积法（CVD)
石墨烯投资分析
经费 （美国） 研究方向
2000万美元 850 万美元 170 万美元
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目录
石墨烯介绍 石墨烯在树脂中的应用 常州第六元素材料科技股份有限公司介绍
石墨烯是单原子层的石墨
石墨是碳单质的同素异形体 之一
碳元素是神奇的六号元素， 其单质的众多同素异形体， 从最硬到极软、全吸光到全 透光、绝缘体到半导体到导 体、绝热到良导热、高临界 温度的超导体等。
150 万美元 140 万美元 36万美元 2200万美元
复合材料的研究 石墨烯电子器件 场效应晶体管、存储器件开发 石墨烯连续制备工艺 生物传感器 石墨烯热性能 DARPA发布碳电子射频应用项目(IBM)
750 万美元
石墨材料基础研究和功能石墨烯材料研究和器件概念
约35万美元 经费 （日本）
锂离子电池用的纳米石墨烯复合电极的商业化生产 研究方向
石墨烯
石墨烯 Graphene
高机械 强度
石墨烯厚度仅变0.335nm，杨氏模 量高达1TPa ，断裂强度高达 130GPa
高导电 性
石墨烯电阻率仅10-6 Ω·cm，常温下 其电子迁移率超过15000cm2/V·s
） 导按热作性用和
功能分类
单层石墨烯的导热系数高达5300 W/m·K, 高于碳纳米管（3000～3500 W/m·K）和金
石墨烯在树脂中的应用——力学性能 不饱和聚酯树脂为例
石墨烯在树脂中的应用——导电性
改性的氧化石墨烯与环氧树脂复合，加入2%的改性石墨 烯，环氧复合材料的储能模量增大113% ， 4%的加入量时， 强度增大38%。纯EP树脂电阻为1017cm，添加氧化石墨烯 后电阻下降6.5个数量级。
Chenlu Bao,Yuqiang Guo,Lei Song, et al. J. Mater. Chem., 2011,21, 1329013298.
石墨烯在树脂中的应用——导热性
Xingyi Huang将碳纳米管（CNTs)、石墨烯 (GNPs)加入到环氧树脂中，当加入20 vol% CNTs 和 20 vol% GNPs，复合材料的导热系数达到7.30 W/mK 。
Xingyi Huang, Chunyi Zhi, Pingkai Jiang, et alJ. Phys. Chem. C, 2012, 116 (44), 23812-23820.
羟基等官能团和制备石墨烯过程中形成的均会使石 墨烯变为褶皱的形态，这些纳米级别的表面不平整 性可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。
官能团化石墨烯表面含有羟基、羧基等化学基团，可与 极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。
石墨烯与树脂复合后的断面分析
纯EP
0.01% Graphene/EP
纯EP试件的断面 比较平滑整齐，裂纹 呈直线型且均匀有序 ，属于典型的脆性断 裂
当Graphene的含量高于临界值时，Graphene容易形成团聚，成为应
力集中点，反而降低Graphene/EP复合材料的强度和韧性。
分散差
分散好
SEM可见，如果石墨烯分散不好则会形成硬团聚体 ，使石墨烯会成为材料的缺陷,降低了环氧树脂的强度 ,而石墨烯的分散较好其形成的软团聚体及单分散的石 墨烯则成为环氧树脂的增强体;另外一个原因是石墨烯 与树脂基体的的界面结合力更强。
石墨烯在树脂中的应用——阻燃性
peak heat release rate
maxium heat release rate temperature
total heat released
当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯 (FGO) 时阻燃性能提高了23.7%， 加入 5 wt %的石墨烯时阻燃性能提高了 43.9% 。
5400万欧元
13.5 亿美元
研究方向
石墨烯基纳米电子器件项目
悬浮石墨烯纳米结构项目 石墨烯的纳米级应用项目
超级电容的石墨烯电极项目
石墨烯物理性能和应用研究项目三个主要方向， 首先重点研究石墨烯隔膜和独特的一维性能；第二是 模拟无质量相对论粒子的石墨烯电荷载体，第三是石 墨烯晶体管的应用研究。 旗舰项目将协调来自欧洲17个国家学术界和产业界的 126 个研究组， 石墨烯柔性透明导电薄膜的研究(诺基亚)
随着Graphene含量的
0.02% Graphene/EP
0.1% Graphene/EP
增加，断面趋于粗糙，变得
凹凸不平；裂纹方向趋于无
序，形貌趋于细碎。存在能
够阻止基体裂纹的宏观扩展
，防止裂纹过快增长，同时
使裂纹呈杂乱分布，消耗断
裂能量，从而提高了
Graphene/EP复合材料的强
度和韧性。
但是
9 亿日元
碳纳米管和石墨烯的批量合成技术
经费 （韩国） 研究方向
1870万美元
石墨烯技术研发及商业化应用研究
2.5亿美元 4230万美元
wenku.baidu.com
1.24 亿美元用于石墨烯技术研发， 1.26 亿美元用于石墨烯商业化应用研究
三星（触摸面板）、韩国电子通信研究院（OLED 面 板 ）、SANGBO（复合薄膜）、CHANGSUNG（电磁屏蔽涂 层）和浦项制铁（防腐涂层）等
1060万欧元 450多万英镑
2010年DFG启动——石墨烯31研究项目
8
用于设备和工程研究，石墨烯的这些性质可用于 多功能涂层、纤维复合材料和三维网络等
石墨烯技术专利分析报告
XG公司
•生产石墨烯 40吨/年
9
石墨烯在树脂中的应用——力学性能 环氧树脂为例
石墨烯增强树脂机理
石墨烯具有很大的比表面积，加上石墨烯的分子级的分 散，可与聚合物之间形成较强的界面作用，显著改善了 界面载荷传递，从而达到较好的增强效果。
经费 （中国） 研究方向
83万 100 万
可见光响应的新型石墨烯-TMDs 基纳米复合材料光催 化处理水体中难降解有机污染物的机理研究
新型碳基复合材料
83万 80万
钛酸锂/ 石墨烯负极材料的可控合成及其电化学性能研 究
高效石墨烯/ 半导体纳米结构异质结光伏电池的研究
经费 （欧盟及 成员国） 239 万欧元 389 万欧元 505 万欧元 494 万欧元 177.5万美元
刚石（1000～2200 W/m·K
其它性能
高比表面积，理论值可达2630 m2/g ； 高透光度； 有良好的化学稳定性
不同炭材料微观形貌分析
磷片石墨
可石墨石墨
导电炭黑
石墨烯
石墨烯的主要制备方法
化学氧化还原法
化学气相沉积法（CVD)
石墨烯投资分析
经费 （美国） 研究方向
2000万美元 850 万美元 170 万美元