破解团聚石墨烯分散技术

破解团聚石墨烯分散技术 – 石墨烯分散 – 上海瀚翎

作为具有划时代意义的二维纳米材料，石墨烯凭借超高比表面积、优异的导电导热及力学性能，在复合材料、能源存储、电子器件等领域拥有广阔应用前景。然而，石墨烯片层间存在强烈的范德华力与π-π共轭作用，使其极易团聚堆叠，导致有效比表面积大幅下降，优异性能难以发挥。因此，石墨烯分散技术成为解锁其应用潜力的核心关键。

石墨烯团聚的本质是其热力学不稳定状态的自发调节，高表面能驱动片层通过聚集降低能量，同时氢键、静电作用及环境温度、溶剂性质等因素进一步加剧团聚。经研究发现，未经分散的石墨烯团聚体，其性能甚至不及普通石墨材料，这使得分散技术成为石墨烯产业化进程中的第一道门槛。

当前主流的石墨烯分散方法可分为物理分散与化学改性两大类。物理分散法凭借不破坏石墨烯本征结构的优势，成为实验室与工业领域的常用技术。其中，超声分散利用空化效应产生的局部高温高压与冲击波，有效克服层间作用力实现剥离，通过优化功率与时间，可制备高浓度稳定分散液。机械剪切法则通过球磨、高速搅拌等方式施加外力分散，设备简单易规模化，但需精准控制强度以避免片层损伤。新兴的微波辐射、脉冲磁场等技术则通过非接触式作用，在保障分散效果的同时提升了结构完整性。

化学改性方法通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等官能团，或添加分散剂构建空间位阻，从根本上改善分散稳定性。氧化还原法制备的氧化石墨烯因表面富含含氧官能团，可在水相中稳定分散，经还原后能部分恢复石墨烯本征性能。合理选用非离子型或阴离子型分散剂，可通过吸附作用形成防护屏障，显著抑制团聚，尤其适用于复合材料制备等实际应用场景。

高质量的石墨烯分散体系是其性能发挥的基础。通过动态光散射、Zeta电位测量及电镜观察等表征手段，可精准评估分散效果。未来，分散技术将朝着智能化、精细化方向发展，通过物理-化学方法的协同优化，实现分散效率、产品质量与成本效益的平衡，推动石墨烯从实验室走向规模化工业应用，为新材料产业革新注入核心动力。

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