石墨烯耐磨涂料

如前所述，石墨烯是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一，添加石墨烯到各种功能涂料中都能很大程度提高涂膜的力学性能。Wang等用溶胶凝胶法制备了石墨烯－水性聚氨酯涂料，添加2.0%的石墨烯即可使涂膜的抗张强度提高71%，杨氏模量提高86%。潘炳力等制备了聚苯硫醚(PPS)/聚四氟乙烯蜡/石墨烯复合涂料，摩擦学性能测试结果表明，复合涂料的摩擦系数低于纯PPS涂层，而耐磨性明显高于纯PPS涂层。王乾乾以溶液共混法制得GO/水性聚氨酯共混涂料，并用作皮革涂饰剂。应用结果表明，适量加入GO可显著改善被涂饰皮革的耐磨耗性能，耐干擦、湿擦等级分别达到4.5级和4.0级，优于未改性的WPU涂层。Liang等发现在热塑性聚氨酯(TPU)中加入少量(TPU用量的1%)的磺化石墨烯时，该复合材料的杨氏模量提高了120%。Pan等［30］以溶液共混方式制备出聚酰胺11/石墨烯复合涂料，并喷涂在45铁基底上研究其摩擦性能。结果表明，随石墨烯用量的增加，涂膜的摩擦寿命增加且增幅显著，摩擦系数基本不变，当石墨烯用量为0.4%时，摩擦寿命比纯聚酰胺11提高了880%。由于石墨烯微片可以增强涂层附着力，可使石墨烯涂层具有优异的耐磨和耐刮擦性能，目前已经有厂家开发出针对不粘锅用的高导热、高强度石墨烯涂料，具有优异的耐高温、耐磨性能Yan等人为增强医用超高分子量聚乙烯的耐磨性能，采用纳米粒子增强复合材料技术，充分利用新型二维纳米材料石墨烯的高强度、高模量、高硬度和低摩擦系数的突出特点，提高了石墨烯/UHMWPE复合材料摩擦磨损性能；同时，他们研究了石墨烯增强体在聚合物基复合材料摩擦过程中的组分、结构与性能的演变规律以及石墨烯的润滑机理和化学物理变化。石墨烯的加入有效地降低了涂层的摩擦系数和磨损率，并且在石墨烯的含量在0.5%时，涂层的摩擦系数和磨损率均最低。其原因一方面在于分散在涂层中的石墨烯具有润滑作用，降低了涂层的摩擦系数，另一方面石墨烯具有良好的耐热和导热性，很好的分散了摩擦过程中产生的热量，阻止了由于涂层表面的局部过热而发生的化学降解。羧基化石墨烯是共价键功能化石墨烯最简单、最基础的的方法。用强酸或混酸处理石墨得到的氧化石墨（ＧＯ），加入到一定浓度的碱液中超声分散得氧化石墨烯胶体，再加入过量的氯乙酸，将氧化石墨烯上的羟基和环氧基转化为羧基．将溶液反复离心水洗至中性以除去杂质，得到均相的羧基化氧化石墨烯溶液。或用强酸或混酸处理石墨烯，使石墨烯表面的缺陷氧化形成羧基。从羧基功能化石墨烯出发,利用羧基的可反应性,可以实现一系列石墨烯功能化产物。羧基的直接反应活性相对低，羧基化石墨烯只适合一定的应用范围。因而,进一步将石墨烯上的羧基转化成酰氯参与下一步的反应成了石墨烯修饰的一条便捷路径,许多共价键功能化石墨烯都采用了这一路线。羧基官能团具有一定的活性,利用羧基化石墨烯表面的羧基，可使各种有机小分子、高分子、生物大分子以及含有活泼基团的功能材料被共价结合到氧化石墨烯上。如通过与多元胺反应形成酰胺键或与多元酸酯化反应，可以很好的分散在聚酰胺中或者聚氨酯前体中，得到性能良好的石墨烯-尼龙复合材料或者石墨烯-聚氨酯复合材料。对于复合材料而言,这类化学处理使得石墨烯与尼龙、聚酰亚胺等极性高分子有着更好的相容性,两者之间甚至还发生化学反应,形成牢固界面,充分利用了石墨烯的优良力学性能,因此用羧基改性后的石墨烯作为增强相制备的复合材料具有更好的耐磨性、耐腐蚀性,更高的硬度、强度及弹性性能等。羧基化石墨烯作为增强相能制备出性能更优良的复合材料,羧基化石墨烯带的羧基在制备金属氧化物纳米材料-石墨烯复合材料上有较大的意义，羧基的定位作用可削弱金属氧化物纳米粒子的团聚，形成直径2～4nm的颗粒，金属氧化物纳米材料-石墨烯复合材料在许多领域的应用都极有价值。羟基化石墨烯经Sn和Pd溶液中进行敏化活化处理后，石墨烯表面形成密集的活化点。通过简单的化学沉积方法（浸镀），金属镍就可在活化点沉积并形成包覆层；在导电涂料、电磁波吸收隐身涂料、透明吸波涂料领域极有应用前景。极性基团(如-OH和-COOH)对水分子有较大的亲和能力．在水溶液中，-COOH可以部分电离而带有电荷。亲水性表面一般具有良好的生物相容性．在亲水性表面，带电基团与表面带相反电荷的血浆、蛋白间的静电相互作用通常是血浆吸附到表面的驱动力，表面的吸附数量取决于它们之间的静电平衡¨．正常人体血管壁内皮细胞的电位值为负值，血液中的红细胞、白细胞及血小板等均带负电荷，而-COOH也带有负电荷，不易发生粘附及其它相互作用．因此，羧基修饰的亲水表面有利于提高抗凝血性能．羧基化石墨烯的结构与石墨烯大体相同，只是在六角环形片状体碳原子上连接主要是羰基、也有少量羟基和环氧基等官能团。在PCR反应中，引入羧基化石墨烯，利用羧基化石墨烯上的羧基可以与DNA形成氢键；羧基化石墨烯可与蛋白酶的疏水界面通过疏水作用结合，也可借助其上的羧基和羟基与蛋白酶形成氢键。石墨烯的六元环能够与DNA形成π-π键；同时石墨烯与PCR反应中的酶相互作用，可以有效提高原核细胞的基因转化效率，基因扩增的产率。这在法医鉴定、疾病诊断、控制疾病传播途径、癌症的诊断与治疗、临床用药新方法新途径研究等方面有广泛的应用前景。主要数据：尺寸：1—7μm厚度：0.8—3.6nm羧基化率：约5%纯度：≥90%单片层石墨烯具有硬度高，自润滑，磨损小，导热块的优势润滑油脂国际检测标准ASTM