石墨烯提高橡胶强度和延展性

石墨在橡胶中的作用
石墨在橡胶中的作用主要有以下几个方面：
1. 增强橡胶的机械性能：石墨作为一种优秀的填料材料，可以增加橡胶的刚度和强度，提高橡胶制品的硬度和耐磨性。

石墨填料能够在橡胶中形成一个骨架结构，增加橡胶的抗拉强度和耐久性。

2. 提高橡胶的导热性：石墨具有良好的导热性能，可以提高橡胶制品的导热性，使其更好地散热。

这对于一些需要散热的橡胶制品，如轮胎、密封件等是非常重要的。

3. 改善橡胶的摩擦性能：石墨的添加可以减少橡胶制品的摩擦系数，降低摩擦阻力，提高橡胶制品的耐磨性和耐腐蚀性。

4. 提高橡胶的导电性：石墨是一种电导体，加入适量的石墨可以使橡胶具有一定的导电性能。

这对于一些需要导电的橡胶制品，如电缆护套等是非常有益的。

总体来说，石墨在橡胶中的添加可以改善橡胶的机械性能、导热性能、摩擦性能和导电性能，使其更加适用于不同的应用领域。

石墨烯在橡胶中的应用赵慧江河北西姆克科技股份有限公司河北省石家庄050000 摘要：石墨烯是一种强度较高的材料，将其制备合成高性能的聚合物在工业生产中具有较高的应用价值。

随着我国各项事业的综合发展，工业制造领域对材料的要求越来越高，橡胶材料作为广泛应用于工业企业的一种常见材料，提高橡胶材料的性能就显得尤为必要了。

石墨烯与橡胶进行复合材料制备，能够显著提高传统橡胶材料的性能，提高材料的功能化，是我国橡胶材料发展的主要方向。

关键词：石墨烯；橡胶；合成；应用石墨烯作为纳米填料，其具比表面积更大和更强的作用力，优于传统材料的性能，将石墨烯用于提高传统橡胶材料的性能是当前我国工业生产的主要趋势。

目前，已知石墨烯的制备方法五花八门，本文就石墨烯的结构、合成方法、应用展望等进行探讨，旨在为石墨烯在我国工业生产中发挥最大价值提供一点理论帮助。

1石墨烯的结构2004年，英国科学家首次通过胶带机械剥离高定向热解实验得到石墨烯后，这一物质迅速在世界范围内引起了广泛的关注。

石墨烯为一种新型的二维原子晶体，由通过杂交连接的单个原子碳原子层组成，整体上呈二维六方晶格结构分布，单层碳原子之间紧密排列，如图1所示。

图1石墨烯的结构在首次制得石墨烯前，专家学者普遍认为石墨烯不会在任何的二维晶体结构中维持稳定性。

然而，研究表明石墨烯能够通过在表面上形成皱纹或通过吸附其他分子来维持稳定性。

严格的说，这是一种单层物质，对于双层以及多层石墨，由于其结构和性质与石墨有着明显的不同，因此有学者指出双层以及多层石墨在广义上来说也属于石墨烯的范围。

2石墨烯的合成方法石墨烯的合成制备方法大致上可以分成自下而上、自上而下两种。

2.1自下而上方法自下而上这种方法主要包括气相沉积法、碳纳米管转换法、化学转化法以及晶体外延生长法等。

其中，气相沉积法以及晶体外延生长法更多的是用来生产量少尺寸大、要求无缺陷的石墨烯，所以在一些基础的领域中应用较多，但是由于这种方法不能大量的进行石墨烯生产，因此当前我国工业领域对这种方法应用不多[1]。

石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用
石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄炭素材料，具有许多独特的特点和广泛的应用。

以下是石墨烯材料的特点以及在各个领域中的应用。

特点：
1. 高强度和高硬度：石墨烯的强度比钢高200倍，硬度比金刚石高五倍。

2. 轻量和薄：石墨烯仅有一个原子层厚度，非常轻便。

3. 电子迁移速度快：电子在石墨烯中移动的速度非常快，是现有材料的几百倍。

4. 热稳定性好：石墨烯可以承受高温，不易熔化或分解。

5. 非常透明：石墨烯能够使90%的光线穿透，是目前已知的最透明的材料之一。

应用：
1. 电子学：石墨烯非常适合用于电子学领域，因为它的电子迁移速度非常快，在电子器件中能够提供更快的信号传输速度。

例如，石墨烯可以用于制造晶体管、场效应晶体管和光电二极管等。

2. 医学：石墨烯可以用于制造医用传感器和医疗设备。

例如，石墨烯传感器可以检测人体内某些化学物质的浓度，对于监测病情和治疗非常有用。

3. 能源：石墨烯还可以用于制造太阳能电池和储能器。

例如，石墨烯太阳能电池可以将太阳能转换为电能，而石墨烯储能器可以在短时间内存储大量电能。

4. 环境保护：石墨烯可以用于净化和过滤水和空气。

例如，石墨烯纳米过滤膜可以去除水中的杂质和污染物，而石墨烯纳米过滤器可以去除空气中的有害物质和颗粒物。

总之，石墨烯具有许多独特的特点和广泛的应用，在未来的科技领域中具有重要的发展前景。

石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近些年来随着石墨烯和碳纳米管在材料领域众多的工业应用，研究人员开始重视这两种物质在橡胶材料中的分散性状况。

本文就对石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究进行一个综述，旨在为今后基于橡胶材料开发、应用中需要解决的分散性问题提供有效的参考资料。

首先，石墨烯和碳纳米管是新兴的纳米结构材料，具有优异的机械性能、电学性能和光学性能，已成为新型功能材料的首选。

然而，这两种材料的分散性在橡胶材料中仍然是一个挑战，有着重要的意义。

其次，实验证明，石墨烯和碳纳米管在橡胶基材料中的分散性表现出显著的差异。

显著优于碳纳米管的石墨烯，其分散性在橡胶中的表现会受到很多因素的影响，包括体系的热处理、橡胶的形状、石墨烯和橡胶的浓度以及加入材料的性质等。

相应地，石墨烯在橡胶中的分散性促使研究人员将石墨烯和橡胶材料联用，以提高其力学性能和电学性能。

而碳纳米管和橡胶的分散性也受到了影响。

实验表明，碳纳米管在橡胶基材料中的分散性受到影响的因素与石墨烯相似，只是碳纳米管的分散性会比石墨烯低一些。

为改善碳纳米管在橡胶中的分散性，研究人员使用多种表面改性技术，如化学修饰、物理混合和聚合物相互作用等，有效改善了碳纳米管在橡胶中的分散性。

最后，研究者在石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性方面也做了相关研究。

他们发现，将自然界的活性物质引入橡胶体系中可以显著改善石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性。

而此外，一些抗菌剂，抗氧化剂、吸附剂等也可以通过影响石墨烯和碳纳米管的极性、表面能和表面电荷等因素，对其分散性有一定的改善作用。

总之，以上研究表明，石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性具有重要的意义，它们能够有效改善橡胶材料的机械性能、电学性能和光学性能，从而在材料领域得到广泛应用。

因此，基于石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性，未来将展开更多的研究，以期获取更佳的橡胶材料应用效果。

石墨烯的前景石墨烯是一种由碳原子形成的具有单层二维结构的材料，具有许多独特的特性和潜在的应用前景。

以下是石墨烯的前景的一些描述。

首先，石墨烯具有超高的导电性和热导性。

由于它的结构非常紧密，电子可以在其表面上以非常快的速度运动。

这使得石墨烯成为制造高性能电子器件的理想材料，例如高速晶体管、半导体和光电器件等。

此外，石墨烯的高热导性使其成为制造高效散热器的材料，可以广泛应用于电子设备和电子汽车等领域。

其次，石墨烯具有出色的力学性能。

石墨烯的强度非常高，比钢还要强200倍以上，同时具有极高的柔性和延展性。

这使得石墨烯可以用于制造轻量化的材料，例如飞机、汽车、船舶和房屋等，可以大大减少能源消耗和环境污染。

第三，石墨烯具有特殊的光学性质。

由于其二维结构，石墨烯对光的吸收和发射具有很高的效率。

这使得石墨烯在太阳能电池、光电器件和光学传感器等领域具有广阔应用前景。

例如，石墨烯可以制造更高效的太阳能电池，将太阳能的利用率提高到一个新的水平。

第四，石墨烯具有出色的化学稳定性和生物相容性。

由于石墨烯的结构非常稳定，能够抵抗腐蚀和化学侵蚀。

这使得石墨烯在环境保护和化学工程领域具有重要的应用前景，例如制造高效的废水处理设备和气体分离膜等。

此外，石墨烯的生物相容性使其可以用于生物医学领域，例如制造人工器官和药物输送系统等。

最后，石墨烯具有丰富的资源和低成本的生产工艺。

石墨烯的原材料——石墨非常丰富，可以从地球上的许多地方获取。

此外，石墨烯的生产工艺已经得到了广泛研究，可以通过各种方法进行大规模生产。

这将大大降低石墨烯的制造成本，使其更易于商业化应用。

总而言之，石墨烯具有许多独特的特性和潜在的应用前景，包括电子器件、材料科学、能源产业、生物医学和环境保护等领域。

虽然目前还存在一些技术挑战和商业化障碍，但随着研究的不断深入和技术的不断发展，相信石墨烯在未来将会取得更加广泛的应用和商业化成功。

石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，石墨烯和碳纳米管作为具有巨大潜力的有机非金属纳米材料，在多领域应用中受到了广泛的关注。

橡胶是具有最高绝缘性的橡胶，具有杰出的电磁屏蔽性、阻尼性、抗紫外线性等特性，因此，将石墨烯和碳纳米管引入橡胶中作为其填料，已成为新兴的研究方向。

一方面，将石墨烯和碳纳米管添加到橡胶中，可以实现橡胶的性能改善。

首先，随着碳纳米管和石墨烯含量的增加，橡胶性能的硬度会因为分散体系中碳纳米管和石墨烯结构之间的作用力而大大增加。

时，加入碳纳米管和石墨烯后，由于碳纳米管和石墨烯的高热导率，橡胶的热导率也会大大提高，这有利于橡胶材料在高温环境中的使用。

外，由于碳纳米管和石墨烯具有杰出的抗紫外线性，因此，将这些材料添加到橡皮中可以有效改善橡皮材料的耐光性。

另一方面，碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性也很重要。

其主要特点是尺寸小，它们的长度和直径都小于15nm，且具有极高的表面积和可改性性。

果碳纳米管和石墨烯的分散性越好，则它们的性能改善也会越好。

因此，研究人员集中精力研究碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性问题。

为了提高碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性，研究人员在合成制备碳纳米管和石墨烯时采用了多种方法。

首先，可以采用共沉淀法，利用交联剂将碳纳米管和石墨烯与橡胶基体共沉淀，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。

，可以采用改性水溶性聚合物的方法，利用含水物质的活性基团改性碳纳米管和石墨烯，使它们与橡胶相容，从而更有效地分散到橡胶中。

外，研究人员还可以采用改性外接性聚合物的方法，向碳纳米管和石墨烯表面涂覆外接性聚合物，使其与橡胶具有良好的相互作用，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。

在调控碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性方面，研究人员还采取了更多的手段，比如利用有机溶剂调节碳纳米管和石墨烯的可溶性，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。

外，也可以采用添加剂和超声提散技术，使液体分散体系更加稳定，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。

石墨烯的物理特性和应用前景石墨烯是晶体材料中最具有前途的一种，它具有一系列独特的物理和化学性质，被誉为“材料学领域的瑰宝”，是继发现全球第一种新物质锂离子电池之后的又一次突破。

本文将从物理特性和应用前景两个方面对其进行探讨。

一、石墨烯的物理特性1. 热稳定性石墨烯是由一个石墨层剥离而来，具有非常高的热稳定性，可以在高温下保持稳定的结构和性质。

这使其成为一种理想的热电材料，可应用于电子设备、能源存储、传感器等领域。

2. 机械强度高石墨烯的强度非常高，比钢铁还要强，而且柔韧性也非常好，具有超强的抗拉强度和弹性模量。

这使其成为一种非常有用的材料，可以制作高性能的机器人和其他基于机械的设备。

3. 光电性能优异由于石墨烯具有独特的晶体结构和电子性质，可以吸收和产生光辐射，同时还具有优异的导电性和透明性，因此可以应用于太阳能电池、光伏发电和其他光电器件。

4. 超导性能在低温下，石墨烯可以表现出超导性，因此可以应用于超导器件等领域。

其具有更高的超导临界温度和临界电场，这使其与其他超导材料相比具有更大的优势。

二、石墨烯的应用前景1. 电子学石墨烯具有非常优异的电子输运性能，可以应用于高性能场效应晶体管和其他微电子器件。

此外，还可制备电子学设备中的电极和传感器。

2. 能源存储石墨烯具有非常高的比表面积和极高的电容值，可以应用于制备超级电容器和电池，成为一种具有巨大潜力的能源存储材料。

3. 生物医学石墨烯是一种非常生物相容性、生物耐受性的新型材料，因此可以应用于生物医学领域，如生物传感器、图像诊断和癌症治疗等。

4. 光电子学石墨烯的导电率非常高，同时具有很好的光学性能，因此可以应用于制备光学器件，如太阳能电池、光伏发电等。

总之，石墨烯具有非常广泛的应用前景和潜力，被广泛认为是开启新时代的材料之一，我们有信心相信石墨烯在未来必将离我们越来越近。

石墨烯的机械增强与增韧研究石墨烯是二维晶体材料中的一种，由单层碳原子组成的结构，因其独特的性质而引起了广泛的关注。

石墨烯的机械增强与增韧研究是近年来材料科学领域的一个热点。

本文将探讨石墨烯在机械增强与增韧方面的研究现状和未来发展趋势。

在石墨烯的机械性能方面，其具有极高的弹性模量和强度。

石墨烯的弹性模量约为1 TPa，这使得它成为实现材料的机械增强的理想候选。

石墨烯的机械增强主要通过控制其晶格结构实现。

研究人员通过纳米缺陷工程、纳米孔洞和层间间隙调控等方法，有效地提高了石墨烯的机械性能。

例如，通过在石墨烯表面引入碳纳米管或金属纳米线，可以有效地增加其强度和韧性。

此外，掺杂也是实现石墨烯机械增强的重要手段。

研究人员通过向石墨烯中引入氧、氟等元素，有效地提高了其强度和韧性。

与此同时，石墨烯的增韧研究也备受关注。

虽然石墨烯具有很高的强度，但其脆弱性也限制了其在实际应用中的使用。

为了解决这个问题，研究人员一直在探索不同的增韧方法。

一种方法是通过石墨烯的层间剥离，制备出多层石墨烯片材。

这种多层石墨烯片材具有良好的韧性和延展性，能够有效地缓解应力集中和裂纹的扩展。

另一种方法是通过石墨烯与其他材料的复合，实现增韧效果。

例如，石墨烯与聚合物、金属等材料的复合可以显著提高复合材料的韧性和延展性。

值得注意的是，复合材料中石墨烯的分散状态对增韧效果有着重要影响。

因此，研究人员还通过引入表面改性剂或表面活性剂等手段，改善石墨烯在复合材料中的分散性，从而进一步提高复合材料的增韧性能。

尽管石墨烯在机械增强和增韧方面的研究取得了一定的进展，但仍存在许多挑战和待解决的问题。

首先，石墨烯的大面积制备技术是石墨烯应用的瓶颈之一。

目前的制备方法大多需要高温高压条件，且难以实现规模化生产。

其次，石墨烯的表面和边缘缺陷对其力学性能和增韧效果有着重要影响，但石墨烯的缺陷控制和修复仍面临很大的挑战。

此外，石墨烯与其他材料的界面问题也需要进一步研究。

23《广东橡胶》2020年 第3期石墨烯在橡胶中的应用研究进展崔小明摘 要：概述了石墨烯在天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等方面的应用研究进展，指出了其今后的发展方向。

关键词：石墨烯；填料；补强；天然橡胶；硅橡胶；丁苯橡胶；丁腈橡胶；研究进展石墨烯作为一种新型碳材料，与碳纳米管类似，石墨烯也是由碳原子构成，不同的是，石墨烯是一种二维片层结构的碳材料，单层石墨烯的理论厚度为0.34n m，比表面积约为2630m2/g，是现在所知纳米填料中最薄的一种。

石墨烯正是由于自身独特的结构特征，从 而具有许多十分优异的性能，例如，其模量最高可达1100G P a，导热系数达5300W/（ｍ•Ｋ），电导率高达106S/m 除此之外，石墨烯还有很好的透光性和气体阻隔性。

与其他填料如炭黑、白炭黑、碳纳米管、粘土等相比，石墨烯具有更高的比表面积、强度、弹性、热导率和电导率等，用作增强剂可极大地改善橡胶材料的电学性能、力学性能、热学性能等。

概述了石墨烯在天然橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶等方面的应用研究进展，指出了其今后的发展方向。

1 在天然橡胶方面的应用王经逸等[1]用离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)改性氧化石墨，研究了其对天然橡胶(N R)硫化胶物理机械性能和导热性能的影响。

结果发现，离子液体成功插入到氧化石墨片层中，得到了改性的氧化石墨烯(GO-ILs)；当填充G O-I L s的质量为0.5份时，N R硫化胶的物理机械性能达到最佳，相比未填充者，硫化胶的100%和300%定伸应力以及拉伸强度和撕裂强度分别提高了51%、86%、6%和36%。

G O-I L s使得N R硫化胶的储能模量和玻璃化转变温度下降，导热性能提高；当G O-I L s质量达到4份时，N R硫化胶的导热系数与未填充者相比可增加91%。

刘尧华等[2]采用乳液共混和原位还原法制备了NR/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料，研究了γ射线辐照对复合材料力学性能和热稳定性的影响。

石墨烯在橡胶中的应用石墨烯这个名字，是不是听起来有点高大上，让你感觉置身于科技的巅峰？不要慌，其实它就是一种特殊的碳材料，长得就像是一张薄薄的、透明的纸。

但它的用途可不仅仅局限于纸张那么简单，它能够在橡胶中发挥不可思议的作用！这可是科技世界的一大突破呢！1.1、石墨烯与橡胶的邂逅要说石墨烯和橡胶的邂逅，真是有点说不出的巧合呢！你想一想，橡胶是我们日常生活中随处可见的材料，而石墨烯，却是在实验室里面才能找得到的宝贝。

它们两个居然能够结合到一起，那简直是一场突如其来的奇遇！1.2、石墨烯的“神奇力量”大家都知道，橡胶对于我们的生活有着不可或缺的作用，它可以用来制作车胎、鞋子、橡皮筋等等。

但是橡胶也有个大问题，就是容易老化、硬化，使用一段时间之后就会变得失去弹性。

这可让人头痛不已！但是有了石墨烯，这个问题就迎刃而解了！因为它有着让橡胶“百毒不侵”的神奇力量！2、石墨烯是如何拯救橡胶的？我们来说说石墨烯是如何拯救橡胶的，听了之后你一定惊呆了！2.1、阻隔水分的让他喝点水吧！橡胶本来会被水分侵蚀，这就像是蚂蚁夺食一样，让人欲哭无泪。

但是有了石墨烯，就好比给橡胶吃了一颗“阻隔水分”的夜明珠，一下子变得让人心安如晴天！2.2、耐化学药品的石墨烯，厉害了我的橡胶。

别小看橡胶啊，它在生活中可是经常遇到各种各样的化学药品，而这些药品常常会对橡胶造成很大的伤害。

可是有了石墨烯，橡胶就像是喝了妖精长生不老草一样，无论是酸奶还是洗洁精护手霜，都束手无策！3、石墨烯橡胶的前景既然石墨烯在橡胶中发挥的作用这么神奇，那它的前景肯定是一片大好的！3.1、石墨烯橡胶造就高强度的产品有了石墨烯，我们不仅可以制造出更耐用的轮胎、更有弹性的橡皮筋，还可以开发出一些高科技产品，比如能够承载更多重量的橡胶材料等等。

这就是石墨烯橡胶带来的高强度效果！3.2、石墨烯橡胶让你忘记换胎的烦恼有了石墨烯，轮胎再也不用经常换了！因为在石墨烯的加持下，轮胎的寿命将大大延长，这意味着你将在公路上开着心爱的座驾畅快地行驶，而不再为轮胎问题频频头疼！4、结语石墨烯和橡胶这场奇妙的邂逅，一方面让橡胶焕发出新的生机，另一方面也让石墨烯拥有了更广阔的市场。

石墨烯是一种具有极高强度和良好延展性的纳米材料，其硬度并不是特别大。

石墨烯是由单层碳原子以sp²杂化键合形成的六边形蜂窝状晶格结构，这种独特的结构赋予了它许多优异的物理和化学性质。

以下是关于石墨烯硬度和强度的一些详细解释：
1. 强度与硬度的区别：在材料科学中，强度是指材料承受外力而不发生断裂的能力，而硬度是指材料抵抗局部形变的能力。

石墨烯的强度非常高，其断裂强度比最好的钢材还要高200倍。

2. 良好的延展性：尽管石墨烯的硬度不是最大的，但它具有非常好的延展性。

石墨烯可以拉伸到原来长度的20%而不发生断裂。

3. 莫氏硬度：莫氏硬度是衡量矿物硬度的一种相对标准，使用1到10的数字表示。

石墨烯作为一种碳的同素异形体，其硬度并没有一个明确的莫氏硬度值，因为它的形态和结构与传统矿物不同。

4. 现代硬度测量方法：现代硬度的测量方法是通过一定的载荷将规定的压头压入被测材料，根据材料表面局部塑性变形的程度来比较被测材料的软硬。

材料越硬，塑性变形越小。

综上所述，虽然石墨烯的硬度不是其主要特点，但其极高的强度和良好的延展性使其在许多领域具有广泛的应用潜力，如电子器件、复合材料、能源存储等。

此外，由于石墨烯是一种新兴材料，科学家仍在研究如何更准确地测量和定义其硬度和其他机械性质。

石墨烯的特性及其应用石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。

是一种由碳原子以sp2杂化轨道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。

石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯的主要特点有以下几条。

（1）硬度大，石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，比钢铁还硬。

（2）具有延展性（3）轻薄特性（4）令人难以置信的电池寿命。

石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

（5）电阻率很低。

电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。

（4）与人体互联。

至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子。

从表面化学的角度来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来推测石墨烯的性质。

石墨烯化学可能有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注，有一个不得不克服的障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。

如果这一点未得到解决，研究石墨烯化学将面临重重困难。

石墨烯的制备方法比较多，常见的有微机械剥离、化学气相沉积法、氧化还原、溶剂剥离、溶剂热法等方法，各自有不同的方法和应用，且石墨烯的产量也不一样。

石墨烯的应用范围广阔。

根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。

根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。

石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。

研究与开发化 工 设 计 通 讯Research and DevelopmentChemical Engineering Design Communications·171·第45卷第8期2019年8月从21世纪开始，石墨烯广泛应用到橡胶领域，而且在橡胶领域成为了一种新型材料，得到了人们的认可，并且得到了广泛的应用。

石墨烯在性能方面比较突出，在未来的发展和应用中有很好的应用前景。

1 石墨烯概述在橡胶领域中，石墨烯材料成为人们使用最广泛的材料，它也是世界上最薄、最坚硬的纳米材料，石墨烯材料作为世界上一种新型的材料得到了极大的认可。

石墨烯最大的优点在于它的导热性、导电性以及化学稳定性，并且石墨烯属于一种碳单质的形式。

随着经济的发展，越来越多的新技术逐渐出现，而在石墨烯生产加工上逐渐实现了工业化生产，摒弃了传统的生产方式，而石墨烯的出现在橡胶领域的应用尤为突出，并且得到了广泛的应用与发展，石墨烯材料可以被制成高强度橡胶以及导电橡胶等。

由于石墨烯材料的特殊性能以及极强的应用性得到了广泛的应用，在未来的发展中前景是光明的。

2 石墨烯的物理性质2.1 导电性能石墨烯材料具有强大的导电性能，而且石墨烯是由大量的碳原子组成，以及它具有极强的独立性，碳原子的未成键π与电子之间相互作用，所以，石墨烯材料得到了广泛的应用。

此外，石墨烯材料还具有其他性质，例如：电学性质、电子传输性。

石墨烯电流迁移率逐渐提高，而且其迁移率也在以光的速度来计算，已经达到巅峰时期，而且也是硒化铅等半导体材料所无法比拟的。

2.2 机械性能经过对石墨烯性能的研究，研究发现石墨烯材料并不均衡，而且石墨烯的机械性能也成为了石墨烯的主要性能之一，就目前的情况而言，石墨烯复合材料的研究已经成为了主要研究的问题之一。

石墨烯的出现，使得石墨烯复合材料的强度有所提高，经研究发现，与不添加石墨烯的复合材料相比，添加了石墨烯的复合材料的强度远高于不添加的，并且复合材料的强度可以提高二分之一甚至一倍。

石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，随着石墨烯和碳纳米管技术的发展，研究人员开始研究这种重要的功能材料在橡胶中的分散性。

石墨烯和碳纳米管是一种具有良好力学性能，强度和导热性的材料。

由于其可塑性差和低力学性能，橡胶往往用作现代工业的一种重要的材料，特别是用于汽车行业的软底垫，运动鞋，橡胶带和填充类材料等。

添加微纳米结构功能化材料可显著改善橡胶的性能，包括强度，硬度，模量，可塑性，耐老化性，耐磨性，以及导热性。

由于其与橡胶成分的离子性，微纳米结构功能性材料往往不能很好地分散或混合在橡胶中。

目前，用于提高石墨烯和碳纳米管分散性的方法包括化学处理，物理屏蔽和表面改性。

研究表明，化学处理有助于改善石墨烯和碳纳米管的分散性。

但是，由于工艺复杂，该方法的应用仍受到限制。

物理屏蔽方法包括制备复合物，形状聚集，以及分散吸附剂等，可以在不影响其物理性质的前提下改善材料的分散性。

然而，表面改性处理将影响材料的性能，例如阻燃性，导电性和热稳定性等。

因此，在橡胶中分散石墨烯和碳纳米管技术及其工艺还存在一定的挑战。

本研究的目的是探讨有效的分散性技术，以提高石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性。

首先，我们研究了不同的分散性技术，以及其在橡胶中的分散性的影响。

其次，对改善橡胶分散性的有效技术进行了系统评价，评价其性能及其与其他性能的关系。

最后，通过将石墨烯和碳纳米管添加到橡胶中，比较了不同处理方法之间橡胶的性能差异。

结果表明，光化学处理在有效分散石墨烯和碳纳米管方面具有良好的效果，而表面改性处理可以改善橡胶的热稳定性和热导率。

研究还发现，增加石墨烯和碳纳米管的含量可显著提升橡胶的压缩模量和抗拉强度等多种性能。

因此，光化学处理和表面改性技术可以有效地改善橡胶中石墨烯和碳纳米管的分散性，从而提高橡胶的性能。

本研究结果表明，石墨烯和碳纳米管有望成为橡胶行业的一项重要材料，并改善橡胶基础材料的性能。

此外，有必要开展进一步的研究，以推动石墨烯和碳纳米管在橡胶中的实际应用。

石墨烯橡胶复合材料的性能一、机械性能石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa，为目前最硬、强度最高的材料；此外，它还拥有超高的比表面积（约为2630m2/g），比传统石墨高100～500倍，石墨烯的径厚比约为400，比炭黑的高40～80倍，添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能，这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。

Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM 橡胶中制备出了纳米复合材料。

当GNPs填量为26.7%（体积分数）时，复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。

Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶（SR）/氧化石墨烯纳米复合材料。

结果表明：GO片能够均匀地分散在SR基体中，同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。

同时还发现，将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。

二、疲劳性能橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时，常处于周期动态负载状态，而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。

因此，为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命，改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。

Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。

累计损伤可用耗散的能量LDE（Loading path Disspated Energy）来表示，LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。

研究表明，随着GNPs填量增多，体系中GNPs总表面积增大，GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强，结果循环过程中复合材料的能量耗散增多，滞后效应更明显，损伤速率加快；且随着循环次数增多，GNPs的结构发生破坏；在经历初次十个疲劳循环后，纳米复合材料的LDE 速率增大到了临界值，此后随着循环次数增大，累积损伤速率变化很小，纳米复合材料的损伤耗散能量降低。

石墨烯通用橡胶复合材料通用橡胶是指一批在国民经济领域最早获得应用的弹性材料。

它具有较长的生产历史，是橡胶工业的主体，使用面广、生产量大。

本文主要涉及的通用橡胶基体材料主要有天然橡胶（含环氧化天然橡胶）、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、羧基丁腈橡胶。

一、石墨烯/天然橡胶复合材料（GNR）天然橡胶作为一种综合性能优越的可再生天然资源，其具有高弹性、高强度、高伸长率和耐磨性等特点，广泛地应用于航天、国防军工、飞机轮胎、医用弹性体等领域，在我国国民经济建设中占有非常重要的地位。

复合材料的界面性能决定着聚合物/无机填料纳米复合材料的性能。

She等将环氧官能团以及羟基官能团引入天然橡胶分子链中，目的是与氧化石墨烯表面的氧官能团建立氢键作用，以增强GO和橡胶之间的界面作用。

SEM结构表明环氧化天然橡胶乳胶颗粒通过氢键作用聚集在GO片的表面，这种自组装结构抑制了GO片的堆叠和团聚，使得GO均匀分散在天然橡胶中。

相比于纯的ENR，加有0.7%（质量分数）GO的ENR纳米复合材料，拉伸强度增大了87%，200%定伸强度增大了8.7倍。

Bulent等研究了功能化石墨烯片（FGSs）对天然橡胶的机械性能和应变诱导结晶的影响。

所用的FGSs厚度为1.5nm，长度尺寸为数百纳米。

相比于炭黑填充NR，FGS填充NR的起始结晶应变值更低，纯天然橡胶发生结晶时应变值为2.25，而混入质量分数为1%和4%的FGS后，纳米复合材料发生应变诱导结晶时的值分别为1.25和0.75。

相比之下，炭黑（质量分数为16%）添入天然橡胶中并没有显著地改变结晶的临界应变。

小角XRD表明FGS沿拉伸方向发生取向排列，而CB并没有取向或者表现出各向异性。

此外，Yan等还研究了应变诱导结晶对还原石墨烯增强天然橡胶纳米复合材料疲劳裂纹扩展的影响。

结果表明，石墨烯在低应变下会加速NR的裂纹扩展，而在高应变下则阻碍裂纹扩展。

这种行为可能是应变诱导结晶与裂纹尖端空穴化作用相互竞争的结果。

橡胶的增强措施橡胶是一种重要的工业原材料，在各个领域都有广泛的应用。

然而，由于其本身的特性，橡胶在某些方面还存在一些不足，例如低抗拉强度、低硬度和低耐磨性等。

为了克服这些不足，人们采取了一系列的增强措施，以提高橡胶的力学性能和耐久性。

本文将介绍几种常见的橡胶增强措施。

1. 添加填料一种常见的橡胶增强措施是添加填料。

填料可以增加橡胶的硬度、强度和耐磨性。

常用的填料有碳黑、硅灰和石墨等。

碳黑是最常用的填料，它不仅可以增加橡胶的硬度，还可以提高其抗撕裂性能和耐磨性。

硅灰则可以增加橡胶的强度和硬度，同时也改善了其热稳定性。

石墨填料能够提高橡胶的导电性和热导率，同时增加橡胶的强度和硬度。

2. 添加增塑剂添加增塑剂也是一种常见的橡胶增强措施。

增塑剂可以提高橡胶的可塑性和延展性，增加其拉伸强度和韧性。

常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯（phthalate）和环氧树脂等。

邻苯二甲酸酯增塑剂非常常见，它能够使橡胶更加柔软，并且提高其耐磨性和耐寒性。

环氧树脂是一种高性能增塑剂，它可以显著提高橡胶的强度、刚度和耐磨性。

3. 进行交联处理为了增强橡胶的力学性能和耐久性，常常需要进行交联处理。

交联是指将橡胶分子中的一些链断裂，形成新的化学键，从而使橡胶成为3D网络结构。

这可以显著提高橡胶的抗拉强度、弹性模量和热稳定性。

交联处理的方法有热交联、化学交联和辐射交联等。

热交联是最常见的方法，它通过加热橡胶与硫磺反应，形成交联结构。

化学交联则是通过引入交联剂，如过氧化物，使橡胶分子发生化学反应交联。

辐射交联是通过高能射线照射橡胶，使其分子间形成交联结构。

4. 结合增强纤维另一种常见的橡胶增强措施是结合增强纤维。

增强纤维可以作为橡胶增强的骨架，能够提高橡胶的抗拉强度和刚度。

常用的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。

玻璃纤维是最常用的增强纤维，它可以显著提高橡胶的抗拉强度和耐磨性。

碳纤维具有很高的强度和刚度，能够显著提高橡胶的力学性能。

混凝土中添加石墨烯的强度提升方法混凝土是一种常用的建筑材料，具有一定的强度和耐久性。

然而，在实际应用中，混凝土结构容易出现裂缝或破损，从而影响其使用寿命和安全性。

为了提高混凝土的强度和耐久性，近年来，石墨烯作为一种新型的强化材料被广泛应用于混凝土中，能够有效地改善混凝土的力学性能和抗裂性能。

本文将介绍混凝土中添加石墨烯的强度提升方法。

1. 石墨烯的制备石墨烯是由碳原子构成的一种二维材料，具有极高的强度和导电性能。

在混凝土中添加石墨烯能够增强混凝土的力学性能和抗裂性能。

制备石墨烯的方法主要包括机械剥离、化学气相沉积、电化学剥离、溶液剥离等多种方法。

其中，机械剥离是一种常用的制备方法，其步骤如下：（1）将天然石墨矿石粉碎成细粉末。

（2）将石墨粉末与氧化剂混合，形成石墨烯氧化物。

（3）在高温下还原石墨烯氧化物，得到石墨烯。

2. 混凝土中添加石墨烯的方法（1）机械混合法机械混合法是一种简单易行的混凝土中添加石墨烯的方法。

将石墨烯颗粒加入混凝土原料中，通过混合机械将石墨烯均匀分散在混凝土中。

机械混合法的优点是操作简单，成本低，但其添加量较少，对混凝土的强度提升效果有限。

（2）超声波处理法超声波处理法是一种将石墨烯均匀分散在混凝土中的有效方法。

通过超声波作用，能够使石墨烯颗粒分散均匀，形成较为稳定的分散体系。

超声波处理法的优点是能够大幅度提高石墨烯在混凝土中的分散性和加强效果，但其设备成本较高，操作较为复杂，需要专业技术人员进行操作。

（3）原位生长法原位生长法是一种将石墨烯直接生长在混凝土表面的方法。

将混凝土表面涂覆一层石墨烯前驱体，然后在高温下进行热处理，使石墨烯在混凝土表面生长出来。

原位生长法的优点是能够将石墨烯直接生长在混凝土表面，能够有效地提高混凝土的强度和耐久性，但其操作较为复杂，需要专业技术人员进行操作。

3. 混凝土中石墨烯的添加量混凝土中添加石墨烯的量对混凝土的力学性能和抗裂性能有着重要的影响。

石墨烯的物理和化学特性研究石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体材料，具有许多独特的物理和化学性质。

它是一种非常薄的、透明的材料，但却非常坚硬和强度高。

该材料还具有良好的导电和导热性能，使其应用于多个领域，包括电子学、光电子学、化学、生物医学、能源等。

在本文中，我们将探索石墨烯的物理和化学特性以及这些特性的具体应用。

物理特性石墨烯具有强度高、较大的比表面积、透明度高等单独的性质，这些性质在纳米科技和无机材料中具有重要的作用。

石墨烯的物理特性主要包括以下内容：1、强度高：石墨烯单层的强度可以比铜的强度高200倍，是其他材料的强度的100倍左右。

2、透明度高：石墨烯单层的透光度达到97.7%。

3、导热性能好：石墨烯单层比铜导热系数高1300倍，比二氧化硅高1400倍，是导热系数最高的材料之一。

4、导电性能好：石墨烯单层具有非常优异的导电性，甚至可以媲美银和铜，而其电流密度可以达到200万安/平米。

这些特性使石墨烯成为一类非常特殊的材料，具有重要的潜在应用价值。

化学特性石墨烯的化学性质与普通的石墨材料相似。

然而，由于石墨烯是一个二维材料，在化学处理时，需要格外注意。

1、易氧化：石墨烯的表面易受到吸附氧气的影响，这可能导致它氧化，并失去一些原有的性能。

2、易受到污染物质的影响：石墨烯表面会受到污染物质的影响，容易生成新的杂质，从而影响其性能。

3、可以通过化学方法进行改变：石墨烯可以通过化学方法进行改变，例如可以改变其电性质、机械性质等。

这些特性表明石墨烯的化学性质既可以扩展其应用范围，也可以造成石墨烯的破坏。

石墨烯的应用近年来，石墨烯的应用领域已经开始进行广泛的研究。

石墨烯具有很多特性和应用前景，下面我们将介绍一些石墨烯的具体应用。

1、电子器件：石墨烯可以用于电子器件的制造，例如可以制造更快的电子元器件、更高效的太阳能电池、更先进的LED灯等。

2、催化剂：石墨烯具有卓越的催化性能，可以用于催化剂的制造。

例如，可以将其用于制造制氢催化剂、CO2捕捉催化剂等。