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日本东丽公司开发出超薄石墨烯分散体系,可提供优异的流动性和导电性

2021.03.22

    石墨烯是一种片状的二维碳材料,并具有纳米级尺寸和超薄性。这种先进的功能材料易于均匀排列,从而有助于其优异的导电性和阻隔性能。作为片状材料,其中单个碳原子(层)以蜂窝状结构结合。多层片材也称为石墨烯,目前东丽公司开发的石墨烯是一个大约有10层的薄片。

  迄今为止,东丽公司已经开发出了用廉价的石墨材料制造非常薄、高质量的石墨烯的技术。然而,问题是,更薄的石墨烯更可能聚集。相反,较高的浓度会使石墨烯更像粘土,从而阻碍了流动性。石墨烯在粘土中的应用和混合很困难,因此有必要将其稀释并用于低浓度溶液中,但这又掩盖了石墨烯的固有优势。

  基于上述背景,东丽公司开发了一种分散技术,该技术通过添加一种独特的聚合物材料来控制粘度,而这种聚合物材料可以抑制石墨烯之间相互作用产生的聚集,其优异的结果是使得高浓度的超薄石墨烯分散液流动性增加(见下图)。该体系即使在高浓度下,流动性也极好。


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提高石墨烯分散液流动性的专有分散剂


  该溶液易于操作和处理,无需稀释,并且更容易显示其优异的导电性和其他优点。高分散性和易于混合使溶液与其他材料混合变得简单。该新型解决方案的一个很好的应用是作为锂离子电池的导电材料,它可以很容易地与阴极材料混合,并在阴极之间插入石墨烯以提高导电性。

  通过利用上述方法,可以降低锂离子电池在反复充电和放电过程中因导电路径退化而导致的容量损失,从而进一步延长了电池寿命。在以往的材料体系中,电动汽车的高性能电池通常会采用碳纳米管作为导电剂,经过东丽公司测试对比,结果显示基于该新型分散体系的电池寿命比传统使用碳纳米管为导电剂的电池寿命长50%。

  还值得注意的是,该石墨烯分散体系还可用于电子线路系统,如通过将溶液涂覆并干燥后将石墨烯层压以形成致密膜,这种薄膜可用于可印刷的电子线路,它具有很高的耐久性和导电性,不会像金属一样生锈。

  该石墨烯分散体系的其他潜在应用领域可能包括将溶液与防腐蚀涂料混合,以阻止水和氧气渗透而导致生锈,从而提高耐用性。

  长期以来,日本东丽使命是提供创新技术和先进材料,为世界在平衡发展与可持续性方面面临的挑战提供真正的解决方案。未来东丽公司将继续致力于开发具有革命性意义的材料,这些材料将改变社会,符合其承诺的创新理念、技术和产品,并提供新的价值。