石墨烯是一種二維晶體，由碳原子組成，既有石墨的特征，又有烯烴的特征。石墨烯中的碳原子按照六邊形進(jìn)行排布，相互連接，形成一個(gè)碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定；隨著所連接的碳原子數(shù)量不斷增多，這個(gè)二維的碳分子平面不斷擴(kuò)大，分子也不斷變大。單層石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度，即0.335納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)的20萬(wàn)分之一的厚度，1毫米厚的石墨中將將近有150萬(wàn)層左右的石墨烯。

一，石墨烯的特征

1、最薄最堅(jiān)硬

單層石墨烯厚度只有0.335納米，是頭發(fā)直徑的二十萬(wàn)分之一。

2、高導(dǎo)熱性

石墨烯是已知的導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)，理論導(dǎo)熱率達(dá)到5300W/mK，是室溫下導(dǎo)熱最好的材料。

3、導(dǎo)電性最強(qiáng)

石墨烯作為理想二維晶體材料，電子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速的1/300，電導(dǎo)率可達(dá)10^6。石墨烯內(nèi)部載流子遷移率可達(dá)2×10^5cm^2/Vs，是硅中電子遷移率的140倍。

4、超大比表面積

石墨烯具有2630㎡/g的超大比表面積，能夠作為強(qiáng)力吸附劑與過(guò)濾材料，應(yīng)用于環(huán)保、海水淡化等領(lǐng)域，還能充當(dāng)儲(chǔ)能材料負(fù)載。

5、高透光性

單層石墨烯對(duì)光的吸收率僅為2.3%，且對(duì)任何波長(zhǎng)都有效，打破了目前常用半導(dǎo)體化合物如砷化鎵等的吸收帶僅在可見光和近紅外端的限制。

二、石墨烯在涂料中的應(yīng)用

近年來(lái)，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷增速，作為一種新型的功能納米材料，它具有導(dǎo)電性能卓越、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異、力學(xué)性能突出、導(dǎo)熱性高等特點(diǎn)，因而在涂料中有著廣泛的應(yīng)用。石墨烯在散熱、防腐、導(dǎo)電、建筑隔熱、海洋防污和阻燃等功能性涂料體系中均可大幅提高涂料的綜合性能，展現(xiàn)出誘人的潛在應(yīng)用前景。

1、石墨烯在散熱涂料中的應(yīng)用

石墨烯以其出色的屏蔽性能和大比表面積，在涂層中能夠輕松形成一層緊密的薄膜，對(duì)提升防腐性能起到了關(guān)鍵作用。研究顯示，通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)生長(zhǎng)的石墨烯，能夠在銅、鋁等金屬表面構(gòu)建有效的保護(hù)層，有效防止金屬氧化和腐蝕的發(fā)生。

另一方面，通過(guò)氧化還原法制備的石墨烯可以與有機(jī)樹脂混合，形成復(fù)合材料涂層。這種涂層結(jié)合了石墨烯的屏蔽作用和樹脂的強(qiáng)附著能力，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期防腐的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用這種石墨烯涂層相比傳統(tǒng)涂層，能夠顯著降低低合金鋼的腐蝕速率，降幅達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。

除了常規(guī)的防腐功能，石墨烯還能與金屬中的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有效預(yù)防氫脆現(xiàn)象的發(fā)生。此外，石墨烯還能增強(qiáng)金屬的耐微生物腐蝕能力，因此也可應(yīng)用于生物環(huán)境中的防腐保護(hù)層。這些特性使得石墨烯在防腐領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、石墨烯在重防腐涂料中的應(yīng)用

石墨烯本身熱導(dǎo)率高達(dá)5300W/（m·K），高于碳納米管和金剛石。因此用石墨烯制備散熱涂料具有高的熱導(dǎo)率，而且石墨烯高比表面積，能夠增大涂層散熱面積，可有效降低物體表面和內(nèi)部溫度。

石墨烯改性散熱涂料能夠長(zhǎng)期在高溫下工作，耐磨抗沖擊性強(qiáng)，具有很好的耐候性，耐鹽霧老化，酸堿老化，光照老化等，在各種極端環(huán)境下均可使用?？梢杂糜谛枰岬奈锛?，如LED散熱，工業(yè)設(shè)備散熱，汽車零部件散熱等各行業(yè)。

3、石墨烯在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用

相對(duì)于傳統(tǒng)的導(dǎo)電物質(zhì)，石墨烯具有更加優(yōu)良的導(dǎo)電性能和良好的機(jī)械性能，而且石墨烯比表面積大，導(dǎo)電滲流閾值低，只需很少的添加量即可達(dá)到導(dǎo)電的目的，是目前制備導(dǎo)電涂料的不二選擇。

目前，市場(chǎng)用量最多的導(dǎo)電填料是導(dǎo)電炭黑，一般添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以內(nèi)就能達(dá)到導(dǎo)靜電水平，成本遠(yuǎn)低于石墨烯。而石墨烯的優(yōu)勢(shì)則是添加量少，添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%以內(nèi)即可達(dá)到導(dǎo)靜電水平。由于添加量少，石墨烯導(dǎo)電涂料的涂層的力學(xué)性能一般優(yōu)于炭黑導(dǎo)電涂料涂層的力學(xué)性能，因此石墨烯導(dǎo)電涂料能夠?qū)崿F(xiàn)涂層導(dǎo)電性和力學(xué)性能的同步提高。

此外，由于石墨烯的物理阻隔性能可以提高漆膜的致密性，進(jìn)而提高漆膜的耐溶劑和耐腐蝕性，能夠既導(dǎo)靜電又耐腐蝕，可以用作石油、化工等領(lǐng)域的導(dǎo)靜電涂料。

4、石墨烯在抗菌涂料中的應(yīng)用

納米TiO2作為光催化納米材料的一種，有抗菌滅菌作用，但它對(duì)于可見光吸收率較低，納米粒子趨向于聚集，大大降低了其滅菌作用。在含納米TiO2抗菌涂料中，引入5%以下的石墨烯，明顯提高涂料對(duì)可見光吸收率，并加強(qiáng)納米TiO2的光催化活性和抗菌、滅菌能力，使改性后的水性聚氨酯在抗菌滅菌綜合性能方面有很大提高，并且具有良好的表面性能、耐水性和力學(xué)性能。

5、石墨烯在高強(qiáng)度高耐候涂料中的應(yīng)用

石墨烯本身優(yōu)異的力學(xué)性能可以制備高強(qiáng)度高耐候涂料。在涂層中加入石墨烯，在干燥過(guò)程中形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠顯著提升涂層的硬度和耐磨性能，尤其是有利于解決水性聚氨酯涂料硬度低的問(wèn)題。同時(shí)石墨烯還能捕捉涂層中的自由基，延長(zhǎng)涂層壽命。

6、石墨烯在防火涂料中的應(yīng)用

石墨烯在防火涂料中的阻燃機(jī)理一般為是以下幾種阻燃作用的疊加：

（1）、石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)能在涂料中層層疊加，形成致密的物理隔絕層，提高阻燃性能。石墨烯以其獨(dú)特的二維片層結(jié)構(gòu)，在涂料中層層疊加，構(gòu)建出一個(gè)堅(jiān)固的物理隔絕層，從而顯著提升涂料的阻燃性能。

（2）、石墨烯能夠與涂料中的樹脂發(fā)生交聯(lián)復(fù)合反應(yīng)，形成一層更為致密的保護(hù)膜，有效阻隔空氣，進(jìn)一步加強(qiáng)阻燃效果。

（3）、在高溫環(huán)境下，石墨烯涂層在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和水，并形成更為緊密、連續(xù)的碳層，這種碳層的阻隔作用更為出色。

石墨烯憑借其卓越的性能，在涂料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來(lái)，石墨烯涂料有望在更多高性能材料應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，為現(xiàn)代工業(yè)提供更強(qiáng)大的材料支持。