石墨內含層狀結構，在某些外因作用下，一些分子、原子、離子或粒子團可被插入石墨層間，形成層間化合物。石墨層間化合物在瞬間高溫作用下，由于內含的插層物急劇分解和氣化，并劇烈膨脹達數十到數百倍，形成物被稱為膨脹石墨。膨脹石墨是一種疏松多孔的石墨材料，經碾壓等過程可制成不同孔隙的多孔材料，在環境、化工、能源、消防、建筑等領域具有廣泛的用途。
　　采用傳統高溫膨化法制備的膨脹石墨，其孔隙率非常大，孔徑也很大，大多數孔隙限制了多孔石墨的應用，降低了應用效果。本文采用新穎和微波法，對石墨進行膨化處理。由于微波法與高溫膨化法對石墨作用機制的不同，可產生不同的膨化效果。通過控制微波加熱的功率、時間等參數，可容易地調整對石墨處理的強弱程度。此外，微波法開停方便，具有高效和節能的優點。
　　1．實驗方法
　　1． 1石墨插層處理
　　采用化學法對石墨進行插層處理。選用的插層劑為濃度98%的硫酸，氧化劑為高錳酸鉀。石墨為天然鱗片石墨890＃和592＃，由河北省保定市聯星碳化物有限公司提供，其細度分別為80目和50目，含碳量分別為90%和92%。
　　調節水浴的溫度在40~60℃之間，然后將一個玻璃燒杯放入水浴。先向玻璃燒杯中倒入30g濃硫酸，在不斷攪拌的條件下，再倒入預先混好的高錳酸鉀和石墨的混合物。混合物中含石墨10g，粉末關高錳酸鉀2g。采用磁棒方式攪拌。控制水浴溫度恒定，使插層反應持續1h。然后采用200目的不銹鋼絲網過濾石墨鱗片，進行水洗。水洗過程如下：首先將過濾的石墨鱗片放入一1000ml和燒杯中，加入500ml清水，用玻璃棒攪拌約2-3min，測其pH值，再用200目不銹鋼絲網過濾。重復上述水洗過程，測量并記錄清洗水液的pH。隨清洗次數增加，pH值逐漸接近中性。一般情況下，第2次清洗水液的pH值為00.4左右，第5次清洗水液的pH值為6~7。經清洗的石墨插層物入入70℃烘箱中進行干燥，干燥時間為12h左右。
　　 1． 2微波膨化
　　取干燥好的石墨插層物進行膨化，制備膨脹石墨。選用普通家用微波爐作為微波發生裝置，微波爐的型號為Galanz WP800,其額定輸入功率為1200w，微波輸出功率為800w。采用旋鈕方式連續調節微波發生功率，從136w到800w.
　　石墨具有導電特性，其內部在微波作用下什產生很強的渦電流，具有非常快和強烈的加熱效應。因此，采用微波法加熱石墨效率非常高。在500w左右的微波功率下，微波作用10s左右即可使石墨發生較徹底的膨脹。向下 波法膨化石墨的優點：操作簡單、效率高、安全、膨化均勻、設備成本低等。
　　 1． 3孔結構表征
　　采用汞壓入法測量多孔石墨的孔結構。所用儀器為 uantachrome公司生產的Autoscan-60型壓汞測孔儀。該儀器測試壓力范圍為0.003~414Mpa，測試孔徑范圍為2~8000nm，體積為分辨率為0.001cm2，壓力精度優于滿量程和0.25%.
　　2實驗結果和討論
　　 2． 1微波法和高溫民爐法比較
　　采用化學法制備插層物、并采用微波法膨化制備多孔石墨該石墨孔結構測量結果，見圖1。作為對比，圖中還給出了傳統高溫電爐法膨化制備多孔石墨時的孔結構測量結果。其中，圖1a為孔數步隨孔直徑和分布曲線，圖1b為孔容積隨孔直徑和分布曲線。可以看出，兩種膨化法制備的多孔石墨的孔結構差別很大。
　　
　　孔數目的角度分析，微波法制備的多孔石墨的孔徑分布在100nm以下，而高溫電爐法制備和多孔石墨的孔徑分布在30~800nm之間。如采用孔容積分析，則微波法制備的多孔石墨的孔徑分布在1000nm以下，其中大部分分布在100nm 以下；而高溫電爐法制備的我孔石墨的孔徑分布在30~8000nm 之間。可以認為，微波法制備的多孔石墨內的孔，基本上是納米級的，而傳統高溫電爐制備的多孔石墨中的孔，介于納米級和微米之間。
　　2． 2微波作用時間的影響
　　圖2給出了微波作用 時間對我孔石墨孔結構的影響測試結果。圖中石墨插層物在微波作用下，曲線1代表的是剛發出的火花冰立即將微波關閉的情況。曲線2代表的是充分膨脹的情況。在實際操作中，在500w的微波功率條件下，微波作用時間前一種情況一般在2s左右，而后一種情況在10s左右。
　　
　　由圖2a可知，隨微波作用時間了延長，最可幾孔徑略為增大，但變化很小，但孔徑分布范圍卻發生的較大幅度的變化，從4~20nm增為4~100nm；再由圖2b可知，微波作用時間的影響非常顯著：一方面，隨微波作用時間的延長，孔的容積明顯增大，另一方面，其孔徑分布范圍也大為拓展，由4~20nm增為4~1000nm。
　　2． 3鱗片石墨細度的影響
　　如圖3所示，無論是從孔數目的角度，還是從孔容積的角度，其最可幾孔徑都會隨著鱗片粒徑的減小而減小。因此，采用粒徑較小的鱗處片石墨原材料制備的多孔石墨，具有更多的小孔。而從圖3b中可看出，粒徑對總孔容積的影響不大。
　　2． 4pH值的影響
　　圖4給出了石墨插層物水洗過程中水洗液的PH對多孔石墨孔結構和影響。其中，曲線1代表水洗兩次，最后的水洗液的pH為0.4；曲線2代表水洗5次，最后的水洗液的pH值為6.2。
　　
　　從圖4可看出，水洗次數和水洗液的pH對多孔石墨的孔結構性的影響不大，最可幾孔徑幾乎不受影響，而且總的孔容積的變化也不大。水洗次數少、水洗液pH值低的多孔石墨的孔徑分布曲線，比水洗次數多、水洗液pH值高時略平坦些。
　　3結語
　　縱深法和微波法微備的納米級多孔石墨 ，與高溫電爐法垢相比，具有很好的納米孔隙；且其孔結構受水洗次數（水洗液的pH值）、微波作用時間和鱗片石墨粒度的影響。
　　微波膨脹石墨效率高，公需幾秒鐘即可使石墨充分膨脹。因此，在工業生產流水線，可包括一個微波腔體，在其兩側開有進口和出口，由履帶將可膨脹石墨連續地送進腔體中，控制履帶行進速度，使石墨在腔體中恰好充分膨脹，膨脹后的石墨由出口傳出，可提高膨脹石墨的生產效率。
　　(同濟大學材料科學與工程學院環境材料研究所 張東 田勝力 肖德炎)