北京大学化学与分子工程学院刘忠范

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中科院院士刘忠范：石墨烯未来将在塑料五大领域大显身手

中科院院士刘忠范曾被问“石墨烯未来的发展可能是怎样的“时答道：我给石墨烯材料设计了三种可能未来，第二种未来类似于塑料。二十世纪初发明的塑料现在已经无处不在，极大地便利了人类的生活。这种可能性对于石墨烯材料来说，也不是梦想，它的潜在用途极其广阔，尽管成为现实需要付出艰苦的努力。

石墨烯本身具有优异的热、电、机械性能，添加到塑料中能全面提高塑料的性能，并赋予塑料新的功能。

石墨烯添加到塑料中后，能使塑料的热导率提高10倍以上。

石墨烯的机械强度是钢的100倍，可极大提高塑料的机械性能。

石墨烯表面改性后可附加不同的基团，做出智能材料。

“塑料行业可以充分利用石墨烯的功能特点，开发出特殊性能的功能塑料，扩大塑料的应用利用，使传统的五大通用树脂与五大工程塑料的性能进一步提升，达到通用塑料工程化、工程塑料高性能化的目标，并且使塑料的附加值进一步提高，给塑料行业带来新的利润增长点，推动传统塑料产业转型升级，促进新旧动能转换。”

对于石墨烯的产业化及研究方向，主要在防静电功能塑料、导热功能塑料、高强度塑料、高气体阻隔塑料、高离子选择透过塑料膜五个方面，石墨烯将大展身手。

防静电功能塑料

塑料本身是绝缘材料，表面电阻高达1013Ω以上，限制了其在防静电、导电等领域的大规模应用。石墨烯具有优异的导电性能，且长径比较大，填充到塑料基体中，可得到高电导率低逾渗浓度的塑料。

导热功能塑料

塑料的热导率很低，因此限制了其在导热领域的广泛应用。石墨烯-塑料之间的界面耦合作用及石墨烯本身的热导率决定了石墨烯改性塑料的导热性能。

石墨烯添加到塑料中后，能使塑料的热导率由0.1-0.5W/m·K，达到5-10W/m·K，提高10倍以上，使塑料可应用于LED灯的散热件、汽车散热件、电子电器散热壳体等领域，取代部分的金属铝等常用散热材料，推进器件的轻量化，扩展塑料的应用领域。

高强度塑料

石墨烯的机械强度是钢的100倍，可极大提高塑料的机械性能。普通的泡沫塑料EPS机械强度较低，限制了其部分应用领域。

石墨烯作为添加剂添加到EPS中，其机械强度提高2倍以上，目前已经有石墨烯在发泡塑料领域的应用，并且应用于包装、军工等领域。也有利用石墨烯的高强度特性，开发新型的石墨烯汽车，使用石墨烯复合塑料做为汽车的骨架及结构件，大幅降低汽车的重量，节省能源。

高气体阻隔塑料

石墨烯是二维片层结构材料，具有超大的比表面积，并且对气体分子具有优异的阻隔性，添加到塑料中以后，形成的网络结构给气体扩散提供了弯曲的通道，延长了气体扩散路径，可大幅度提高塑料的气体阻隔性。在塑料密封领域，添加石墨烯可开发出耐一定压力的塑料密封圈、密封件。

离子选择透过塑料膜

石墨烯表面改性后可附加不同的基团，通过特定基团的选择与排列，做出智能材料。如：可透过水但不可透过油的膜，可实现油水分离，应用于油污处理等领域。可透过水但不可透过金属离子的膜，应用于工业污水处理、海水淡化、盐化工等领域。