石墨烯保溫材料的應(yīng)用與發(fā)展

石墨烯保溫材料的應(yīng)用與發(fā)展摘要：石墨烯保溫材料是一種新型材料，其應(yīng)用、制備以及機(jī)理都在研究過程中，很多成果尚不成熟，未來的重點(diǎn)仍集中在基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用推廣以及制備方法方面。石墨烯作為保溫材料使用具備強(qiáng)度高、力學(xué)性能好、質(zhì)輕的力學(xué)特性，同時(shí)也具備良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，石墨烯保溫材料應(yīng)用市場(chǎng)曠闊。關(guān)鍵詞：石墨烯；保溫材料；應(yīng)用；發(fā)展一、石墨烯概述所謂的石墨烯是碳原子二維納米結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的石墨是三維塊體，而石墨單層結(jié)構(gòu)，將其看作二維平面結(jié)構(gòu)，碳原子六角形蜂巢結(jié)構(gòu)排列。石墨烯材料在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性都有著獨(dú)有特征。在力學(xué)特性方面，石墨烯是已知強(qiáng)度最高的材料之一，同時(shí)還具有很好的韌性，且可以彎曲，石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。石墨烯局域具有超強(qiáng)導(dǎo)電性，具備良好的熱傳導(dǎo)性能。二、石墨烯保溫材料的制備石墨烯保溫材料的制備方法目前主要是集中利用石墨烯的兩個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是石墨烯良好的力學(xué)性能，另一個(gè)是石墨烯具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。利用不同的特點(diǎn)，制備的石墨烯保溫材料方法和保溫原理也有所不同。2.1基于力學(xué)性能的保溫材料制備研究員崔建中利用石墨烯分散液、普通水泥、膨潤土、滑石粉、炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣、亞硫酸銅、氧化鐵、硬脂酸、酚醛樹脂以及白油為基本成分，利用超聲波震蕩石墨烯分散液，使石墨烯均勻分布，然后與其他材料保溫材料混合制備一種綠色高效的石墨烯納米保溫材料。該方法制備的石墨烯保溫材料具備良好的力學(xué)性能。研究員吳建平制備了一種建筑外墻保溫材料，其制作方法首先是將玻璃球熔化，將融化的玻璃球經(jīng)過鎳銘合金漏板流出，經(jīng)過輥輪抻直,二次熔融、分裂和牽伸，形成二次玻璃纖維；利用Y氨丙基三乙氧基硅烷溶液浸泡二次玻璃纖維，得到改性玻璃纖維以后，與石墨烯氣凝膠、白色硅酸鹽水泥和礦粉三者混合物，加水?dāng)嚢杈鶆颍⑷肽＞咧徐o置，脫模，保溫，取出后放入箱式電阻爐中處理即得。該方法和上一方法做法類似，改善了外墻的力學(xué)性能，同時(shí)起到保溫效果。通過上訴四種方法的闡述，基于石墨烯力學(xué)性能材料的制備，原理是將石墨烯粉均勻布置于保溫材料中，分散方法以超聲波震蕩為主，和其他保溫材料相互混合以后得到的良好力學(xué)性能的石墨烯保溫材料。2.2基于石墨烯電熱學(xué)性能制備方法研究員陳淑佳制備了一種電熱膜結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的是石墨烯電熱作用，同時(shí)設(shè)置了防水、絕緣功能，可以用于建筑中某系墻體覆蓋材料，發(fā)揮其保溫發(fā)熱功效。1-上層屏蔽層，2-上層防水層，3-下層防水層，4-下層屏蔽層，5-石墨烯電熱膜

圖1石墨烯電熱膜機(jī)構(gòu)研究員王衛(wèi)燈等制備的一種被動(dòng)式石墨烯夾心保溫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于建筑材料中。該石墨烯保溫材料為多層結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外分別是混凝土夾心層、石墨烯保溫層、防護(hù)層以及飾面層。該結(jié)構(gòu)可以替代傳統(tǒng)的保溫砂漿，并且更安全，更環(huán)保，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。利用飾面層保證了結(jié)構(gòu)的美觀性。其中石墨烯保溫層可以做成石墨烯遠(yuǎn)紅外結(jié)構(gòu)，可以輻射遠(yuǎn)紅外線，對(duì)居住用戶產(chǎn)生一定的健康養(yǎng)生效果。根據(jù)研究員危安然，李寅峰在2018年全國固體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上公布的研究成果，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，發(fā)現(xiàn)表面改性對(duì)石墨烯導(dǎo)熱性能實(shí)現(xiàn)調(diào)控，換而言之我們可以通過一些策略手段，影響石墨烯導(dǎo)熱效果，為石墨烯應(yīng)用到表面保溫材料、保溫管覆蓋材料以及熱界面材料提供了理論支撐。三、石墨烯保溫材料在建筑中的應(yīng)用3.1應(yīng)用原則1）在民用建筑樓面保溫隔聲工程中的應(yīng)用，做到因地制宜、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、綠色環(huán)保，保證工程質(zhì)量和使用安全，制定本技術(shù)要求。2）民用建筑樓面保溫隔聲工程的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收除執(zhí)行本技術(shù)要求外，尚應(yīng)符合現(xiàn)行國家、行業(yè)和地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。3）樓面保溫隔聲工程的熱工性能應(yīng)符合《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176等現(xiàn)行有關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。使用功能用房的樓板撞擊聲隔聲性能應(yīng)符合《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50118等現(xiàn)行有關(guān)建筑隔聲標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。4）樓面保溫隔聲工程中保溫隔聲板的燃燒性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016、《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50222等現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，且不應(yīng)低于B］級(jí)，并應(yīng)符合《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》GB8624中低煙、低毒的要求。5）樓面保溫隔聲工程使用的材料必須符合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，嚴(yán)禁使用國家、地方明令禁止使用與淘汰的材料。6）樓面保溫隔聲工程使用的材料應(yīng)符合現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料有害物質(zhì)限量的規(guī)定，不得對(duì)室內(nèi)外環(huán)境造成污染，不應(yīng)對(duì)人體、生物與環(huán)境造成有害的影響，并應(yīng)符合現(xiàn)行相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)安全與環(huán)保的規(guī)定。7）樓面保溫隔聲工程采用的新材料、新工藝、新技術(shù)，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)估。施工前應(yīng)制定專項(xiàng)施工技術(shù)方案，并組織施工方案評(píng)審。四、石墨烯保溫材料性能評(píng)價(jià)為了更好地說明石墨烯保溫材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，需要對(duì)石墨烯性保溫材料進(jìn)行性能測(cè)定。不管何種制備方法，都應(yīng)該按照國家相關(guān)建材檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，來檢測(cè)其主要性能。石墨烯保溫材料主要性能指標(biāo)如表1所示。檢測(cè)結(jié)果顯示石墨聚苯乙烯保溫隔聲板材料性能優(yōu)異，滿足建筑材料使用要求。表1保溫隔聲板的主要性能指標(biāo)縮石墨聚苯乙烯保溫隔聲板表彈項(xiàng)目(經(jīng)壓縮、覆膜處理)觀密N性W度，18模0.5kg/m3量，MPa導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)W0.035壓縮形變(23°C,4kPa，24h)，%W5.0吸水率W燃燒性能B1(V/V)，%3憎水煙氣毒性-t1率，%等級(jí)

壓縮強(qiáng)度，kPa產(chǎn)煙特性壓縮強(qiáng)度，kPa產(chǎn)煙特性S120壓縮蠕變游離甲醛WW(23°C,4kPa釋放量，，168h)，%5.0(mg/…°050總揮發(fā)性W有機(jī)化合物，0.500(mg/m2?h)結(jié)束語石墨烯保溫材料是一種新型材料，其應(yīng)用、制備以及機(jī)理都在研究過程中，很多成果尚不成熟，未來的重點(diǎn)仍集中在基礎(chǔ)理論研究、應(yīng)用推廣以及制