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【材料+】说：
说到石墨烯，不得不提的就是应用方面的探索。目前石墨烯规模化制备的技术瓶颈已逐渐突破，限制石墨烯行业发展的不再是石墨烯的规模性制备，而是如何让制备的石墨烯满足不同应用领域，满足终端用户的实际需求？如何将“材料石墨烯”转化成“产品石墨烯”？之前小编为大家解读了石墨烯薄膜和浆料的产业化应用，今天小编为大家解读一下石墨烯粉体的产业化应用。
对石墨烯进行二次开发，解决分散、组装、成型等关键技术，实现石墨烯材料的复合化、成型化和功能化，是石墨烯粉体商业化发展的必由之路。
目前，国内各石墨烯相关企业纷纷在自身技术优势的基础上，开展石墨烯的下游应用，涉及的领域主要集中在锂离子电池、超级电容器、柔性显示屏、防护涂料、污水处理、人工肌肉等几个方面。在这些应用领域中，功能性涂料、锂离子电池、水污染处理三方面的研究最多，也是目前石墨烯应用中较成熟的领域。
众所周知，金属腐蚀是一个很严重的全球性问题，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，制备高性能的防腐涂料迫在眉睫。
对于涂料来说，我们首先要解决涂料黏着性的问题，漆膜在基材上的附着一般认为是化学附着，也是最主要的漆膜附着类型。
考察漆膜对被涂物体表面的附着性，通常需要考虑以下三个方面的因素：
(1) 液态成膜物质对板材的“润湿程度”；
涂料对基材的润湿是透过涂料的流动来实现的。漆液在应用中必须呈很好的流动态，即使粉末涂料也必须达到流动态；只能透过漆液的流动来湿润被涂表面，才能达到漆膜对基材良好附着的目的。
(2)基材表面上“定向吸附层”的形成；
(3)成膜物与基材接口形成“双电子层”。(静电力)
防腐蚀涂料
依据耐腐蚀机理，考虑石墨烯是化学惰性物质，可起到阻隔的作用，防止其与腐蚀介质接触，从而保护基底材料免受剧烈化学反应的影响。
石墨烯对于基底物质，特别是金属材料的保护主要是形成沉积层，起到阻隔作用。晶格的大小是判断沉积层耐腐蚀性能的重要依据，半径越小其阻隔性能越好，耐蚀性能就越好。
对于复合镀层中的石墨烯来说，石墨烯所具备的独特结构使得它能更好的穿插于多个镀层金属晶粒之间，降低晶粒尺寸，填充镀层空洞裂纹。从电化学角度来说，石墨烯能更好地钝化镀层金属，使镀层的耐蚀性能进一步得到提高。对于复合涂料中的石墨烯，导电的石墨烯有着比其他无机惰性物质芯片具有更低的密度和更高的视径比(AspectRatio)，这意味着增加了腐蚀介质渗透路径的曲折程度，可以增加防止腐蚀介质到达基底物质的难度。石墨烯本身带有的基团使其容易与其他有机物复合，获得耐蚀性能更强的膜层。
同时，石墨烯被证明具有抗菌性，加入到防腐涂料中可提高涂料的防污性能。
石墨烯的抑菌性被2010年美国科学家Akhavan等所报道，石墨烯与细菌直接接触时，石墨烯就像纳米级无比锋利的刀片直接通过机械损伤来破坏细菌膜结构；另一方面，由于石墨烯优良的电子传输特性使得石墨烯能够轻易改变细菌膜表面的电位，从而引起膜表面细胞呼吸、电子传输，信号传输等功能混乱，导致细菌体内生化异常以致死亡。
在国内，第六元素是中国首家实现批量化生产石墨烯粉体的企业。采用石墨烯粉体结合常规防腐涂料体系研发出的全新石墨烯防腐涂料，该材料耐盐雾时间达2,500小时以上。超出传统防腐涂料(注：国家标准耐盐雾时间为600小时)的性能4倍以上。同时，这一数据也远远超过同行业其他石墨烯防腐涂料，根据公开信息，同行业其它石墨烯防腐涂料耐盐雾时间为1,500小时。
抗屏蔽涂料
电磁波向空中发射或泄露的现象称为“电磁辐射”。日常生活中经常用到的各种电器在工作状态都会产生电磁辐射，这些电磁波会对人体产生很大危害，由此产生了电磁屏蔽。作用原理是采用低电阻的导体材料，由于导体材料对电磁能流具有反射的引导作用，在导体材料內部产生与原电磁场相反的电流和磁极化，从而减弱原电磁场的辐射效果。
石墨烯基于优异的“导电性”。是作电磁蔽涂料的优良材料。石墨烯的结构有利于提高多次反射损耗。石墨烯是片状结构，如果其一层一层的紧密平行排列，面与面的接触实现导电通路，由于接触面大、电阻小，导电能力较强，这就是理想中的石墨烯屏蔽材料“导电网络”。
锂离子电池广泛地应用在人们日常生活中。纵览理离子电池市场下游，由于技术与成本等问题，如今便携式电子产品是锂离子电池应用的主要领域，电动车是未来锂离子电池需求增长的主要领域。
目前锂离子电池的储理性能、循环稳定性、倍率充放电性质和极端条件稳定性等主要性质仍不能满足其在大型用电器如电动汽车和飞机等领域中的应用。锂离子电池的这些性质主要取决于其正负极材料的物理化学性质。
石墨烯在正极材料中的应用
正极材料的导电性是限制电池性能的重要因素。许多正极材料的实际容量远低于理论容量，特别是在大电流充放电时，其比容量迅速下降。加入电子导电性强的石墨烯后，一方面减少了电极活性材料与电解质之间的界面电阻，有利于Li+传导；同时，石墨烯片层包覆在电极材料表面抑制了金属氧化物的溶解和相变，保持了充放电过程中电极材料的结构稳定。
石墨烯在负极材料的应用
石墨烯具有很高的导电率、良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性以及很高的比表面积，尤其是化学转化的石墨烯具有较大比例的官能团，因此非常适合作为复合电极材料的基底。
石墨烯对硅基、锡基等非碳负极材料进行掺杂改性，可以充分发挥石墨烯与被改性材料之间的协同效应。这类材料具有高理论容量，但其缺点是在嵌锂/脱锂过程中体积膨胀收缩变化明显。石墨烯掺杂改性后的复合材料能改善这两种材料单独使用时的缺点。
其优势主要体现在以下几方面：1.石墨烯片层柔韧，可有效缓冲金属类电极材料的体积膨胀；2.石墨烯优异的导电性能可以增强金属电极材料的电子传输能力；3.石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的金属氧化物颗粒保持在纳米尺寸，改善材料的倍率性能；4.复合材料的比容量相对于纯石墨烯有较大提高；5.金属或金属氧化物的纳米颗粒能保护石墨烯表层，防止电解质插入石墨烯片层导致电极材料剥落现象。
石墨烯作为导电添加剂的应用
作为一种碳材料，导电添加剂也是石墨烯在锂离子电池中应用的一个主要方面，
对于碳负极材料，相比于乙炔黑导电添加剂，石墨烯作为导电添加剂能提供连续的导电网络，在循环充放电过程中不会因活性物质的体积变化而逐渐丧失导电接触，因而能有效提高材料的循环性能和高倍率性能。
石墨烯二维高比表面积的特殊结构以及其优异的电子传输能力，能有效改善正极材料的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力。用石墨烯代替天然石墨、Super P、乙炔黑等常用的电极材料导电添加剂，都能得到不错的效果。
目前，处理水资源中重金属的常用材料是活性炭、沸石和交换树脂等，而成本较低的活性炭和沸石吸附能力差，吸附能力强的树脂和碳纤维价格昂贵。
2012年初，安德烈·海姆教授研究发现氧化石墨烯薄膜可屏蔽除水之外所有其他分子，洛克希德马丁公司斥巨资开发基于石墨烯材料的海水淡化装置，石墨烯材料有望在海水净化、污水处理等方面大显身手。国内利特纳米侯士峰博士针对当前我国重金属污染物的现状及存在的问题，自主研发的用于环境重金属处理的新型氧化石墨烯材料也属世界首创。
对比活性碳、碳纳米管和石墨烯材料对低浓度含铅废水的吸附能力，氧化石墨烯对铅的吸附量高达800mg／g，远高于活性炭的60至120mg／g；同时，氧化石墨烯具有极强的再生能力，多次重复吸附／洗脱循环后的吸附能力仅下降5至10％。
氧化石墨烯何以拥有这么强大的重金属吸附能力的原因有两个方面：
一是氧化石墨烯是单原子层厚度的二维结构纳米材料，其比表面积理论上可达2600平方米／克，在所有碳纳米材料中是最大的；
二是在氧化石墨烯的制备过程中，其表面形成了大量的活性基团如羧基、羰基、羟基、环氧基等。因此，氧化石墨烯具有一个性能优异的吸附剂所需要的最基本的要素：足够大的比表面积和足够高的表面功能基团密度。
同时，也可以有效地“定制”氧化石墨烯的吸附特性，经过氧化石墨烯表面特异性基团的引入和表面分子水平的设计，氧化石墨烯材料的吸附特性会进一步升级，从而可以有效应对在处理水污染事件中的具体难题。
相信石墨烯终必达到人们期望它的表现，这需要更多相关产业的垂直整合才能加速中国产业的升级。
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参考文献：
[1] Y.Han, Z.Xu, and C. Gao.Ultrathin Graphene Nanofiltration Membrane for Water Purification. Advanced Functional Materials.2013, 23(29): 3693-3700.[2] S.Karan, S. Samitsu, X, S. Peng et al. Ultrafast Viscous Permeation of Organic Solvents Through Diamond-Like Carbon Nanosheets. Science, 2012, 335（6067）: 444-447.
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