石墨烯打浆、磨浆技术

技术简介

石墨烯打浆、磨浆技术主要用于改善石墨烯基浆料的分散状态、片层尺寸以及浆料流动特性。在石墨烯湿法成型过程中，片层之间容易通过π-π相互作用、范德华力以及液相中的聚集作用形成团聚结构，因此需要通过适当的机械处理使其重新分散。

与传统植物纤维打浆不同，石墨烯材料并不存在完全相同的“纤维打浆”过程。在实际应用中，更准确的说法是对石墨烯片层、石墨或氧化石墨烯进行机械解离、剥离、剪切和均质处理。这些过程可以起到类似传统造纸打浆过程中“调节纤维形态”的作用。

机械剪切和磨削能够对石墨层状结构产生作用，使较大的团聚体逐渐解离，并改善片层在液相中的分布状态。对于石墨原料，还可以通过液相剥离、超声处理、高剪切混合等方式获得石墨烯或少层石墨烯分散液。

机械处理过程中需要合理控制剪切强度和处理时间。处理不足时，石墨烯片层容易保持较大的团聚结构，导致后续成型材料中出现明显的局部缺陷；而过度机械处理可能导致片层尺寸过度减小，并改变最终材料的网络结构。

石墨烯片层尺寸是影响浆料过滤、成型及最终性能的重要参数。较大的石墨烯片层通常可以形成较长的导电路径，有利于提高宏观材料的电导率和力学连续性。

另一方面，小尺寸石墨烯片层能够进入较大的片层之间，对网络孔隙进行填充，使材料结构更加致密。因此，通过不同尺寸石墨烯的组合，可以对宏观材料的孔隙结构和导电通路进行调节。

石墨烯机械处理过程中主要控制原料浓度、液固比、剪切速度、处理时间、设备间隙以及温度等参数。不同类型的石墨烯材料应采用不同的处理策略。

对于氧化石墨烯，通常可以利用其较好的亲水性进行水相分散，再通过机械搅拌或均质设备进行进一步处理；对于还原氧化石墨烯和疏水性石墨烯，则需要结合表面改性或分散剂改善其液相稳定性。

合理的机械处理能够降低石墨烯团聚程度，提高浆料均匀性，使后续过滤沉积更加稳定。同时，片层尺寸和分布会影响石墨烯膜的孔径、密度、导电率以及机械强度。

因此，石墨烯打浆、磨浆及机械分散并不是单纯追求“处理程度越高越好”，而是需要根据最终材料的导电、过滤、力学或储能需求确定合理的片层尺寸和分散状态。

该技术可应用于石墨烯纸、氧化石墨烯膜、还原氧化石墨烯膜、石墨烯复合浆料、导电油墨、储能电极以及石墨烯非织造复合材料等产品的制备。

液相剥离、机械剪切和高剪切均质等方法已经被广泛用于石墨烯及少层石墨烯的制备与分散。相关研究证明，机械能输入、溶剂环境和处理时间会影响石墨烯片层尺寸及分散稳定性，并进一步影响宏观石墨烯材料的结构和性能。