含有硅碳鍵(Si-C)且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物統稱為有機硅化合物,習慣上把通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中以硅氧鍵(-Si-O-Si-)為骨架組成的聚硅氧烷品種最多、應用最為廣泛。
石墨烯(Graphene)也是一種性能優異的新興材料,最早是在2004年由康斯坦丁·諾沃肖羅夫 (KonstantinNovoselov)和安德烈·蓋姆 (Andre Geim)等人通過微機械剝離法制得的一種新型二維平面納米材料,它可以用來做其它炭質材料的基本組成單元,例如,可以將二維的石墨烯卷曲成零維富勒烯、一維的碳納米管,也可以將它重疊堆積形成三維的石墨。
石墨烯具有以下幾個特性:
●目前已知最薄的材料:單層石墨烯厚度只有0.335nm,相當于碳原子的直徑。
●比表面積超大:石墨烯的比表面積達到2630m2/g,可作為性能優異的儲能材料。
●超強導電性:石墨烯中電子幾乎沒有質量,電子運動速度超過金屬導體或其他半導體中電子運動速度,因此可用做理想的導電材料。
●導熱性強:石墨烯的熱導率達5000w/(mk),遠高于銀、銅、金、鋁等導熱系數極高的金屬材料,因此石墨烯可用做理想的導熱材料。
有機硅跟石墨烯,一個是傳統材料中的佼佼者,一個是新興材料里的弄潮兒,均在材料行業具有舉足輕重的地位。近年來,結合有機硅跟石墨烯的研究一直都是炙手可熱,圍繞其產生的新技術、新產品、新工藝、新應用更是層出不窮。下面大致列舉幾個研究方向:
◆石墨烯導熱硅橡膠:傳統的導熱硅橡膠,主要用金屬或者金屬氧化物粉末作為導熱填料,這類型材料的熱導率要比石墨烯低,因此用在導熱硅橡膠中,需要更高的填充面積。而石墨烯的高熱導率,用較低的填充面積便可使導熱硅橡膠獲得較高的導熱效果。
◆石墨烯/有機硅多孔納米材料:該類型材料具有非常好的熱穩定性以及散熱特性,通過石墨烯納米片跟有機硅聚合物的相互作用,該發泡材料具有非常好的耐壓縮及耐沖擊性能。
◆多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)接枝氧化石墨烯(GO):多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)跟氧化石墨烯均有非常優異的力學性能,兩者協同作用,可以起到非常好的補強效果。
◆有機硅絕緣彈性體跟石墨烯納米片復合材料制備可彎折傳感器:硅烷偶聯劑功能化的石墨烯填料能夠增強有機硅絕緣彈性體的介電常數并降低損耗模量,該石墨烯—有機硅絕緣彈性體夾在兩層石墨烯柔性電極之間,可以獲得性能優異的可彎折傳感器。
◆多孔石墨烯/硅橡膠復合材料用作微波吸收材料:多孔石墨烯大量的孔隙以及巨大的比表面積使得石墨烯/硅橡膠復合材料具有優異的微波吸收性能,微波在該材料界面通過多重散射跟反射而逐漸衰減。
當前,經過眾多科研工作者的持續努力,越來越多的石墨烯/有機硅復合材料被開發出來,石墨烯/有機硅復合材料新的應用也在不斷被探索。但是,石墨烯/有機硅復合材料在人們日常生活中應用的深度和廣度還遠遠未達到人們的預期。主要原因有以下兩點:
★石墨烯/有機硅復合材料作為新興材料,在被開發出來之后,需要經歷較長時間的驗證期才能被大規模應用。
★石墨烯/有機硅復合材料本身還存在一定的技術難題需要較長時間去攻克,例如石墨烯自身容易團聚的問題、石墨烯跟有機硅相容性差的問題。
石墨烯/有機硅復合材料,因其自身具有無可比擬的性能優勢,受到越來越多科研工作者的關注。希望國內的研究人員能夠迎頭趕上,迅速在該領域取得技術突破,開發出更多高性能的石墨烯/有機硅復合材料,提升我國在該領域的競爭力和影響力。
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