石墨烯高效分散解决方案——新型石墨烯分散剂
由于石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的平面共轭结构，其片层间存在非常强的π-π作用以及范德华作用力，导致其分散性极差，严重制约了石墨烯的实际应用。虽然传统的商品表面活性剂（如SDBS、CTAB、Triton-X、Tween 80）、高分子稳定剂（如PVP、PSS、PDDA）等都可以对石墨烯起到一定的分散稳定作用，但往往存在分散剂用量大、石墨烯浓度低等问题。过多的分散剂用量以及过低的石墨烯浓度均是构建复合材料的不利因素。因此，开发新型、高效、低成本的分散剂是实现石墨烯规模化应用亟待解决的重要问题。基于此，复旦大学材料科学系、教育部先进涂料工程研究中心周树学教授团队开展了系列研究工作，开发了两种新型石墨烯分散剂，均在石墨烯复合材料制备中表现出了优异的性能，现将其研究成果做简要介绍。
多氨基阳离子型苝酰亚胺类石墨烯分散剂
以一种常用的染料中间体——苝-3,4,9,10-四羧酸二酐（PTCDA）为原料，经与系列多乙烯多胺在甲苯中回流反应、甲酸酸化处理得到此类石墨烯分散剂。该分散剂具有在较低用量下实现石墨烯高浓度分散的特点。研究发现，PTCDA与三乙烯四胺的反应产物HAPBI-3（图1）对石墨烯具有最佳的分散性能。HAPBI-3用量仅为石墨烯粉末（XF 001W）质量的1/3，就能得到浓度达到2 mg/mL的分散液。分散液zata电位值为+28.5 mV，能够长时间稳定存在。该分散剂对石墨烯的导电性影响很小，与市售商品分散剂相比具有明显的优势（详见Cui J, Zhou S., Journal of Nanoparticle Research, 2017, 19(11): 357. DOI:
10.1007/s11051-017-4047-8）。
图1，分散剂HAPBI-3分子式及2mg/mL石墨烯分散液
利用HAPBI-3的阳离子特性，将制备的石墨烯与碳纳米管分散液分别与带负电荷的磺化聚苯乙烯（SPS）微球混合，得到了均匀包覆的SPS@Graphene与SPS@MWCNT核壳型结构微球（图2a）。SPS@Graphene复合材料经热压处理，形成具有三维网格结构的复合材料（图2b）。由于HAPBI-3具有用量少、对石墨烯导电性影响小等特点，制备的SPS@Graphene复合材料还具有超低的渗流阈值（<0.047 vol%）和非常好的导电性（图2c），石墨烯的体积含量为4.51 vol%时，材料的电导率达到 104 S/m。当MWCNTs 的体积含量为 3.20 vol%时，由于其导电性更好，SPS@MWCNT复合材料的电导率可高达
391 S/m，将其串联在 9V 的电路中，还可将小灯泡（3.8V，0.3A）点亮（图2d）（详见Cui J, Zhou S., Journal of Materials Chemistry C, 2018, 6(3): 550-557.
DOI:10.1039/c7tc04752e）。
具有自交联反应功能的石墨烯分散剂
以对苯二胺和带有环氧基团的硅烷偶联剂（KH-560）为原料，在甲醇中回流，进一步在酸性条件下水解得到TSiPD（图3）分散剂。这种分散剂的最大特点是具有高反应活性，在复合材料中可以作为有效成分存在。当TSiPD与石墨烯（XF 001W）的质量比为1.2:1时，分散液的浓度高达10 mg/mL。将石墨烯分散液涂覆到基材表面，由于TSiPD分子含有高反应活性的硅羟基（-Si-OH），分子间能够脱水缩合形成Si-O-Si键，从而可以自发交联形成高强度复合涂层。经不同溶剂浸泡、铅笔硬度测试（图4a）证明石墨烯复合涂层具有良好的机械强度。此外由于没有额外的成膜物质加入，复合涂层中由于含有高浓度的石墨烯还具有很好的导电性（图4b）（详见Cui J, Zhou S., Chemistry of Materials, 2018,
30(15): 4935-4942. DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b00884）。
将纯棉织物在上述含有TSiPD的石墨烯及碳纳米管分散液中分别连续浸涂，干燥后可以得到高耐久性的纳米碳/棉导电复合织物（图5）。经过 20 次的浸涂处理，石墨烯和
MWCNTs 复合织物的表面电阻分别降低到 38.4 Ω/sq 和 71.6 Ω/sq，具有非常好的导电性，同时还能表现出良好的拉伸响应性及电加热性能（详见Cui J, Zhou S., Journal of
Materials Chemistry C, 2018, 6(45): 12273-12282. DOI: 10.1039/c8tc04017f）。由于高反应活性Si-OH的存在，石墨烯和 MWCNTs 在纤维表面结合的非常牢固，多次水洗后，复合织物表面形貌及电阻都没有发生明显变化。在水以及乙醇、二氯甲烷、 THF 和 DMF
等有机溶剂中超声处理也不会脱落，体现出良好的耐水洗及耐溶剂性（图6）。
目前，该团队关于新型高效石墨烯分散剂的开发以及纳米碳复合材料的研究工作仍在不断进行，实验中用到的石墨烯产品由先丰纳米提供，如有最新成果会进一步报道。
高分子分散剂在石墨烯中的应用
高分子分散剂在石墨烯中的应用
高分子分散剂在石墨烯中的应用主要包括以下几个方面：
1. 稳定性提升：石墨烯具有极高的比表面积和化学活性，容易在溶液或复合材料中发生聚集和堆积，从而降低其性能。高分子分散剂可以在石墨烯表面形成吸附层，有效防止石墨烯的聚集和沉淀，提高其分散稳定性。
2. 界面改性：高分子分散剂可以通过与石墨烯表面的相互作用，改变其表面性质，使其更易于与其他材料界面相容。这可以提高石墨烯与基体材料的结合强度和界面接触面积，增强其在复合材料中的增强效果。
3. 功能化修饰：高分子分散剂可以通过在其分子链上引入不同的官能团，实现对石墨烯表面的功能化修饰，赋予其特定的性能。例如，可以引入亲水性基团，使石墨烯在水中更易分散；可以引入功能性基团，如共轭聚合物、电解质等，在石墨烯中实现电子、离子传导性能。
4. 石墨烯纳米复合材料制备：高分子分散剂可以作为石墨烯复合材料的添加剂，与石墨烯形成均匀分散的体系。通过高分子分散剂的作用，石墨烯可以与基体材料更好地混合，从而制备出性能更优异的石墨烯复合材料，如高强度、高导电性、高热稳定性等。
总的来说，高分子分散剂在石墨烯中的应用可以改善其分散性和稳定性，实现界面优化和功能修饰，为石墨烯的应用提供更多可能性。
润滑油的性能提高与石墨烯分散剂的作用
润滑油的性能提高与石墨烯分散剂的作用
石墨烯有摩擦系数小、力学性能高、理化性质稳定等优点，是一种理想的减磨降损材料，石墨烯不仅能独立构成
摩擦副之间的固体润滑膜，还可用作润滑产品中的高效添加剂。除了明显的减磨降损效果外，用于润滑油中的石墨烯添加剂还应处于均匀分散状态并具有长期稳定悬浮能力。
但是石墨烯粒子的尺寸细小、比表面积高、径厚比大，在有机基相中易于发生蜷曲、团聚和聚沉，严重影响石墨
烯添加剂的应用效果，因此需要通过机械力与石墨烯分散剂来将石墨烯进行打散与表面改性，消除比表面积的表面能，
达到均匀分散于润滑油体系中。
石墨烯润滑油的分散稳定性，是石墨烯的优异性能之一。为了改善石墨烯添加剂的分散效果，通常采用高速搅拌、
超声处理等机械调控手段或螯合接枝、石墨烯细分散剂进行表面改性等化学手段，两种方法结合使用，效果更佳。经
过多种试验证明，石墨烯在润滑油体系中，均匀分散，且质量分数达到最佳状态时，能大幅降低磨斑直径20%左右，
摩擦系数和磨损程度也大幅度下降。
石墨烯的分散和缺陷
石墨烯的分散和缺陷
石墨烯的分散和缺陷是石墨烯制备和应用中需要关注的重要问题。
石墨烯的分散性主要指的是石墨烯在溶液中的分散稳定性。由于石墨烯具有较高的比表面积和表面能，容易发生团聚和沉淀，因此需要采取措施提高其在溶液中的分散稳定性。一种常用的方法是加入表面活性剂或分散剂，如十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等，这些物质可以吸附在石墨烯表面，增加其亲水性或降低表面能，从而提高其在溶液中的分散稳定性。
石墨烯的缺陷主要指的是其晶体结构中的缺陷，包括空位、取代基、位错等。这些缺陷会影响石墨烯的电学、化学和机械性能，进而影响其应用效果。为了减少石墨烯的缺陷，需要采用高纯度的原料和先进的制备工艺，如化学气相沉积、外延生长等。同时，也可以通过后处理技术，如退火、化学修饰等来修复或改善石墨烯的晶体结构。
总之，石墨烯的分散和缺陷是制备高质量石墨烯的关键问题，需要采取有效的措施来提高其分散稳定性和减少缺陷，以满足不同应用的需求。
石墨烯及氧化石墨烯分散方法研究进展
石墨烯及氧化石墨烯分散方法研究进展
石墨烯是一种具有独特结构和优良性能的二维碳原子晶体，它均匀稳定的颗粒物质分散对于复合物合成工业来说至关重要，尤其是在制备纳米级别材料时，这种要求更为突出。石墨烯的结构稳定性和优异的性能使其成为当今研究和应用的热点[1]。由于石墨烯具有局域化的特性，其中sp2碳碳原子之间及π电子组成的局域化使其具有化学惰性，而且π-π堆积互相作用容易形成团聚体，这些因素都阻碍了石墨烯的发展和应用。
氧化石墨烯（GO）在其表面具有大量的含氧官能团（如羟基-OH、羧基-COOH及醚键-C-O-C等），可以通过歧化反应而还原为还原氧化石墨烯（rGO），由于在环氧官能团的影响下，GO在水或者其他溶剂中具有较好的分散稳定性。在GO边缘存在大量的含氧官能团而极其亲水，在平面则相对疏水，使其具有两亲性。但是，在类似二甲苯的非极性溶液当中，氧化石墨烯由于片层之间强烈的π-π相互作用和较强范德华力的存在，使其分散性变得极差。这些片层间的严重团聚，极大的干扰了石墨烯作为材料的良好表现，因此想要改变这些现象，针对氧化石墨烯的表面修复工作就显得十分必要。而目前，人们在实验室中已经采用了多种方式来处理这些现象，包括通过化学和物理的方式破坏片层间的相互作用，以及通过氧化石墨烯在其表面形成的特殊功能小组来键接各种引发物、单体和其他反应基团等，并在此基础上通过不同的方式对于氧化石墨烯的边缘和表面接枝聚合物。
通过共价法或者非共价法来使得提高GO分散液的稳定性和分散效率越来越受到研究人员的重视，同时也表现出广泛的应用前景。本文从石墨烯分散的研究现状出发，对石墨烯化学改性的研究方法进行综述，并重点分析了石墨烯共价改性和非共价改性的反应机理。
1.石墨烯分散液的物理方法
在分散液的制备方法中，物理方法是相对来说成本较低，见效最快的手段。而通过水浴超声处理，高剪切混合法，射流空化或者利用微流化等通过物理手段将石墨烯片层剥离为单层或寡层石墨烯来达到分散的目的。
氧化石墨烯分散石墨烯
氧化石墨烯分散石墨烯
氧化石墨烯（GO）是一种具有氧含量的石墨烯衍生物，它是由石墨烯通过氧化反应制备而成。与纯净的石墨烯相比，氧化石墨烯具有更多的官能团，如羟基、羧基和环氧基，这些官能团赋予了氧化石墨烯良好的分散性和溶解性。
将氧化石墨烯分散到石墨烯中可以通过以下步骤进行：
1.
首先，将氧化石墨烯与适当的溶剂（如水或有机溶剂）混合。在混合过程中，氧化石墨烯的官能团会与溶剂分子相互作用，从而使其分散在溶液中。
2.
接下来，可以使用机械剪切、超声处理或高温处理等方法来进一步提高分散效果。这些处理方法可以帮助破坏氧化石墨烯之间的堆积结构，使其更好地分散在溶液中。
3.
最后，可以通过离心或过滤等方法将分散的氧化石墨烯从溶液中分离出来。这样得到的分散石墨烯即可用于进一步的应用。
分散石墨烯的过程中需要注意避免对其结构和性质产生不可逆的损害。另外，选择适当的溶剂和分散方法也是关键，以确保获得高质量的分散石墨烯。
石墨烯分散剂的种类与石墨烯粉体分散性的关系
石墨烯分散剂的种类与石墨烯粉体分散性的关系
石墨烯具有优异的力学、电学、磁学、热学及光学等性能，其本身结构为正六边形碳环在平面内无限拓展延伸构成具有稳定的力学性能以及电学性能，石墨烯的强度可达钢材强度的 100倍，硬度可与金刚石媲美石墨烯表面电子迁移率可达2×10五次方cm²/（V·S），远高于金属铜的导电性，但是石墨烯极易团聚，而且很难分散，如何解决呢？
为什么石墨烯难稳定分散？
石墨烯二维材料的厚度只有几个纳米，具有纳米材料颗粒之间高强的吸附性能，故很难被完全分散开，且由于纯碳材料所固有的疏水性，使得石墨烯不能够充分分散在其他材料中，这极大地限制了材料性能的发挥，因此如何将其分散成为石墨烯应用的一个瓶颈。 目前石墨烯的各类合成技术都已经成熟，关键是石墨烯材料难以在其他基体中分散，是制约其大规模应用的难点。没有大规模应用，石墨烯就没有发展的动力。为响应国家环保的号召，这里主要介绍分散剂石墨烯在水性体系中的应用及分散。介绍分散剂类型对石墨烯水分散性的影响
1、离子型表面活性剂对石墨烯分散性的影响
表面活性剂大体可分为离子型与非离子型，且离子型表面活性剂最为常见。例如：阴离子型表面活性剂十
二烷基苯磺酸钠( SDBS） 在溶液中可以使石墨烯具有良好的分散性，但是阴离子表面活性剂在电解质溶液中有
不稳定的缺点；对比多种离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂在酸性溶液与碱性溶液中的分散性能，结果
表明，非离子型表面活性剂对溶液酸碱性并不是很敏感，如 Brij700的分散效果几乎没有变化，并且在分散剂掺
量较高的情况下区别更小。相反，离子型表面活性剂表现出了对酸性较为敏感的特性，很多在碱性溶液中分散
效果良好的分散剂，在酸性环境中几乎没有分散效果，其典型代表有 1芘丁酸、脱氧胆酸钠、SDBS 等，在实际
由石墨烯制备复合材料时，分散剂的选取与溶液的酸碱性关系很大。 2、非离子型表面活性剂对石墨烯分散性的影响
PVP是一种高分子聚合物，也是一种非离子表面活性剂，PVP作为石墨烯的分散液具有非常好的效果，当
石墨烯分散剂提高石墨烯粉体分散的原理
石墨烯分散剂提高石墨烯粉体分散的原理
石墨烯粉体粒径越小，表面积越大，表面能越高，配位严重不足，使它在浆料中更容易团聚，即使在研磨
时候能做到分散，但是过后将再次团聚，因此湿法研磨分散能否成功得到纳米级的石墨烯粉体是研磨和分散技
术的关键。
在石墨烯浆料处理分散性的问题，通过导入石墨烯分散剂，添加到浆料中，将粉体改性，表面形成一层有
机包膜，包覆在粉体表面，而且石墨烯分散剂具有特殊的双亲基团，一端与粉体发生化学反应产品缔合，另一
端朝外与树脂相互融合，达到分散、解聚还原到原生粒径，从而让石墨烯分散均匀分散到浆料中，而且包覆层
是中性的，不受PH值的影响，而避免导致再次团聚。
为了让石墨烯粉体在浆料中充分分散，同时保证悬浮的稳定性，选用具有双亲基团的粉体分散剂作为石墨
烯粉体分散的助剂，双亲基团的原理一个基团被设计来接到纳米粉体表面，对粉体进行包覆，使纳米粉体表面
产生一个稳定相，以避免粉体之再凝聚产生；另一个基团的设计，是纳米级的石墨烯粉体与树脂相互融合，以
避免不兼容之现象发生。 经过实践证明，纳米微粒的分散性问题要从纳米粒子的生产环节去解决，在纳米石墨烯粒子表面进行改性，
赋予粒子亲水或亲油╱疏水或疏油性质，以保障在水性或油性介质中具有某种程度的可溶性；另外，选择适当的
纳米粒子表面改性剂以确保纳米粒子不能形成硬团聚，而只能以软团聚的形式存在，这样生产出来的石墨烯粉
体质量更高，能广泛应用于锂电池、油墨、还有涂料领域中。
分散剂提高石墨烯粉体的分散性在防腐涂料领域应用
分散剂提高石墨烯粉体的分散性在防腐涂料领域应用
高性能的石墨烯重防腐涂料制备关键技术就是石墨烯的分散问题，但是高比表面积，石墨烯会发生不可逆的团聚现象，甚至重新排列回石墨结构，导致制备石墨烯的稳定分散十分困难，如何提高石墨烯粉体分散性呢？
一、石墨烯分散是实现产业化的必经之路
石墨烯的分散技术，在石墨烯粉体通过湿法工艺的制备过程中，通过石墨烯分散剂，既不损害石墨烯结构与性能的高效分散方法。 二.石墨烯粉体分散需要解决六大基本问题
1.石墨烯分散的挑战性首先源于对石墨烯深度分散的必然要求，将石墨烯分散到单片或初级粒子状态；
2.源于石墨烯对通过化学改性实现分散这一手段的低容忍性甚至抵触性；化学改性，势必干扰或一定程度上破坏π-π的完整性，从而降低或失去本征态石墨烯的优异性能； 3.源于石墨烯本身既不亲水又不亲油的结构特征；一般的分散剂分子又较难与石墨烯形成较强的物理吸附作用，所以使用表面活性分散石墨烯的物理手段也将受限；
4.源于石墨烯的π-π结构和强的范德华力，使石墨烯极易团聚，而且团聚体难以再分开；
5.还源于石墨烯极高的长径比和比表面积；
6.石墨烯的分散还面临着实际生产操作性方面的难题。例如，4%浓度的水型石墨烯浆料已是膏态，不具有流动性，这为生产过程中物料传输、分散和化学反应造成了困难。
三、石墨烯分散剂的分散原理
石墨烯分散剂集分散、解聚、润湿为一体，能够吸附在石墨烯表面并产生静电斥力使之分散，避免沉降返粗。在调浆时加入可以使疏水材料均匀分散在水中，提升研磨的效率和质量。在浆料的研磨过程中加入能迅速降低浆料的粘度，增加分散性、流动性，分散后浆料粘度稳定，不分层，不会二次团聚返粗。 四、石墨烯的分散在重防腐涂料中的应用
均匀分散的石墨烯在树脂中分散效果良好，无团聚现象且石墨烯均匀无规则的排列在树脂基体中，研究结
果表明，石墨烯分散剂处理后的石墨烯可高效地分散在环氧树脂、聚氨酯树脂等涂料树脂中，明显提高树脂基
石墨烯分散剂在粉体研磨过程中分散原理与使用方法
石墨烯分散剂在粉体研磨过程中分散原理与使用方法
石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料，由碳原子按照六边形进行排布而组成。碳碳原子之间由sｐ２杂化结合而
成，其结构非常稳定。然而，石墨烯大的比表面积往往使其团聚在一起，不仅降低了自身的吸附能力而且影响
石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进，况且，这种团聚是不可逆的，除非
施加外力，如超声和强力搅拌，使其均匀分散。
石墨烯分散剂分散原理
石墨烯分散剂能够吸附在各种石墨烯粉体表面并产生静电斥力使之分散，避免沉降、返粗。广泛用做造纸
涂料及建筑涂料的分散剂、混凝土缓凝剂、减水剂以及纺织印染等行业作螯合分散剂，可用作涂料、颜料、油
漆、造纸、高岭土、氧化铝、陶土、钛白粉、滑石粉、硫酸钡、水煤浆、碳酸钙及水泥分散剂，在浆料的研磨
加工过程中加入，能迅速降低浆料的粘度、增加分散性、流动性、迅速提高固含量，且分散后浆料粘度稳定。
石墨烯分散剂使用方法
1、湿法生产：添加量0.5-1%，取3 份研磨后的浆液，第1 份做空白样对比，第2 份、第3 份各添加
0.5%、1%
作为效果对比，混合均匀，浆料测试分散性，烘干检测成品粉的相关数据效果。根据效果调整精确的添加
量，再上机进行测试。
2、砂磨机生产：在砂磨机或料桶中直接添加助剂（详细添加方法，请提前咨询我们技术人员）
石墨烯分散方法
石墨烯分散方法
石墨烯具有优良的性能，科研工作者考虑将其作为增强
体加入到基体材料中以提高基体材料的性能。但是，由于
其较大的比表面积，再加上片层与片层之间容易产生相互
作用，极易出现团聚现象，而且团聚体难以再分开，不仅
降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发
挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。为了得
到性能优异的石墨烯增强复合材料，科研工作者在克服石
墨烯团聚、使其分散方面做了诸多研究。分散方法简介如
下：
1、机械分散发
利用剪切或撞击等方式改善石墨烯的分散效果。吴乐华
等以纯净石墨粉为原料，无水乙醇为溶剂，采用湿法球磨
配合超声、离心等方式得到石墨烯分散液，通过扫描电镜、
透射电镜和拉曼光谱分析均证明石墨烯为几个片层分散。
2、超声分散发
利用超声的空化作用，以高能高振荡降低石墨烯的表面
能，从而达到改善分散效果的目的。Umar等将石墨在N-
甲基吡咯烷酮(NMP)中采用低功率超声处理，随着超声时
间的延长，石墨烯分散液的浓度随之升高，当超声时间超
过462h后，石墨烯分散液浓度能够达到1.2mg/mL，这是由于超声所产生的溶剂与石墨烯之间的能量大于剥离
石墨烯片层所需要的能量，进而实现了石墨烯的分散。
3、微波辐射发
采用微波加热的方式产生高能高热用以克服石墨烯片
层间的范德华力。Janowska等采用氨水作为溶剂，利用
微波辐射处理在氨水中的膨胀石墨以制备石墨烯分散液，
透射电镜观测结果表明制得的石墨烯主要为单、双和少层
(少于十层)石墨烯，并且能够在氨水中稳定分散，研究证
实微波辐射产生的高温能够使氨水部分气化，产生的气压
对克服石墨烯片层间的范德华力具有显著的作用。
4、表面改性
通过离子液体对膨胀石墨进行表面改性来提高石墨烯
的分散性。这种改性属于物理方法，它能降低改性过程对
石墨烯结构和官能团的影响。经过改性的石墨烯片层粒径
小，呈现出褶皱的状态；通过离子液体改性后的石墨烯可
以长时间在丙酮溶液中保持均匀的分散状态，并且能够均