石墨烯聚氨酯复材以后会拥有怎样的发展前景？

你不能只拿⽯墨烯，将其放⼊系统，并期望它能够发挥作⽤，⽯墨烯的质量和成分，包括其形态和表⾯能都很重要，我们只选择哪种⽯墨烯与特定的基材结合得最好的那⼀款。只要能很好地分散⽯墨烯，就能确保性能随着时间的推移⽽增强，亦即保持性能与否将取决于使⽯墨烯分散的能⼒，没有分散就没有性能表现。

图 1. 纳⽶填料填充聚氨酯泡沫的应⽤。

⽯墨烯掺⼊聚氨酯系统做成复材，多半着眼于机械性能、电性能和热性能，另外在聚氨酯发泡材料（PUFs）产品上，为了改善和增强 PUFs 材料的物理性能，继⽽增强实际应⽤效能，在 PUFs 中填充⽯墨、⽯墨烯、炭⿊、碳纳⽶管、纳⽶粘⼟和⽆机纳⽶粒以⽣产功能性复合材料，在航天航空、汽⻋雷达吸收、电磁⼲扰屏蔽、吸油剂、传感器、防⽕、形状记忆、⽣物医学材料等⽅⾯有着⼴泛的应⽤。但聚氨酯泡沫材料本身普遍存在物理性能差、耐热性差及复合材料存在填料⽤量多效果差等问题，很难实现材料的轻量化，已成为该领域发展的瓶颈。

表 1. 不同改性⽅法对聚氨酯性能的影响。

相⽐于传统的纳⽶填充材料，⽯墨烯具有更⾼的表⾯体积⽐及柔软性、⼒学性能，使得⽯墨烯有可能更有利于改善聚氨酯泡沫的性能。聚氨酯泡沫是⼀种具有泡沫结构的⾼分⼦材料，⽯墨烯改性后作为填充材料，可以提升聚氨酯的⼒学性能和热稳定性，当⽯墨烯达到⼀定含量可以起到成核作⽤，影响泡孔的形态，当其添加到 PUFs 中后能够起到⽀撑⻣架的作⽤从⽽提⾼ PUFs 泡孔孔壁的强度，继⽽可以令 PUFs 的机械强度在⼀定程度上得到提⾼，提升泡沫的热稳定性。⽯墨烯凭借其超⼤的⽐表⾯积，可以降低聚氨酯的密度，实现产品的轻量化。Chen 等（2012）报道复合材料泡沫的微孔结构使材料具有更好的弹性，孔壁对硬段的破坏起着物理屏障的作⽤，对变形下硬段区域的塑性变形起着约束作⽤，⽽且微孔结构单元的变形可以抵消复合材料基体的部分变形。

⽯墨烯改性聚氨酯复合材料的性能主要取决于⽯墨烯在连续聚合物基体相中分散均匀性、结合性和取向性与聚氨酯基体的界⾯作⽤。在制备过程中，扁平⽯墨烯⽚的重新团聚使得单⼀形式的分散变得困难，并且限制了可⽤表⾯与聚氨酯基体的有效相互作⽤，降低了增强效果。⽯墨烯在聚氨酯基体中的状态是横向、纵向等难以控制，但是可以通过对⽯墨烯的改性，实现⽯墨烯在聚氨酯中的分散性、界⾯作⽤及与聚氨酯基团的结合性。

综上所述，⽯墨烯／聚氨酯复合泡沫材料已在轻量化增强、导电、阻燃、电磁屏蔽、吸油材料等⽅⾯展现出优异的性能，在⾃修复、材料填充、电磁屏蔽、防紫外线、药物载体⽅⾯也显示出潜在的应⽤前景。但在实现⽯墨烯/聚氨酯复合泡沫材料的产业化，需从原料着⼿，从原料层⾯形成连贯的产业，缩短⽯墨烯从⽣产到应⽤的中间环节，解决⽯墨烯与聚氨酯共混时的兼容性问题，拓展⽯墨烯在合成时表⾯基团的设计，降低成本的同时优化与下游聚氨酯产品的技术对接，这将得到更多更⼴泛的应⽤。