“石墨烯橡胶”靠谱吗

    石墨烯已有70多年历史，但是从发表的文章来看，2004年起,石墨烯从实验室真正地被分离出来。石墨烯从粉体、到单层拥有很多优异的物理特性,最薄、最强、最轻、最柔、电流密度耐性最大等等。基于具有优异的性能,预测到石墨烯的应用领域非常广泛，从电子信息、新能源、涂料、生物工程到复合材料，包括大部分产业。

    石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，扫描电镜下的石墨烯，显示出其碳原子组成的六边形结构。在2015年石墨烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。

    橡胶是一种在大变形下能迅速恢复形变的高分子材料，近年来，橡胶工业的迅速发展，对橡胶制品提出了更高的要求，特别是高速列车、大飞机和航空航天等高科技领域，对橡胶材料要求近乎苛刻，橡胶材料必须向着功能化、精细化和多元化的方向发展。纳米填料具有较大的比表面积、较强的填料─聚合物界面作用力，纳米复合材料比传统材料具有更优异的力学、热学、电学和气/液阻隔性能，采用纳米填料改性橡胶是橡胶工业的发展趋势之一。

    那么，用石墨烯改造橡胶材料，靠谱吗?

    目前制备石墨烯橡胶复合材料的制备方法主要有三种，即胶乳共混法、溶液共混法和机械混炼法。这里我们使用胶乳共混法制备石墨烯/橡胶复合材料，方法是将石墨烯或者石墨烯氧化物的分散液加入到橡胶胶乳中，搅拌均匀后进行破乳、干燥、硫化得到石墨烯/橡胶复合材料。大多数的橡胶是以胶乳形式存在，无溶剂引入，污染小，工艺相对简单。

    关于石墨烯/橡胶复合材料，目前研究得较多的是石墨烯天然橡胶复合材料。与其他碳系填料相比，石墨烯填充橡胶复合材料的机械性能提升效果更为显着。研究发现，相比于纯天然橡胶、含 2%石墨烯的石墨烯天然橡胶复合材料的拉伸强度增加了 47%。

    尽管石墨烯看上去前景很美好，应用很广，但困难很多，到现在为止国内真正规模型的应用还没有。主要是由于石墨烯价格太高，还有上下游衔接技术转化较薄弱，应用到下游需要很多的投入和开发，这些都存在障碍。鉴于过去几个月里学界并无新的突破性进展，近日它的这波突发性"火热"，恐怕本质上还是资本运行的炒作结果，应审慎对待。作为工业技术，石墨烯看起来还有许多未能克服的困难。目前石墨烯的应用还是受限于材料生产，所以那些使用最低级最廉价石墨烯的产品(譬如氧化石墨烯纳米颗粒)，会最先面世，可能只需几年;但是那些依赖于高纯度石墨烯的产品可能还要数十年才能开发出来。