文(wen)章來源:規劃發(fa)展局、信息中心 發(fa)布時間:2017-01-04
石(shi)墨(mo)(mo)烯是一種(zhong)由碳原子組成的(de)平面薄膜(mo),只有(you)一個碳原子厚度,幾乎完(wan)全透明。石(shi)墨(mo)(mo)烯復(fu)合材料(liao)具(ju)有(you)強度高、韌性(xing)好、導電、導熱(re)性(xing)能(neng)優異等(deng)特性(xing),在航(hang)空航(hang)天、電子、船舶、新(xin)能(neng)源、環境凈化等(deng)領域具(ju)有(you)廣闊的(de)應用前景。

圖1:石墨烯原(yuan)子結構
中(zhong)航(hang)工業(ye)高度(du)關注石墨(mo)烯等(deng)顛覆(fu)性(xing)(xing)新(xin)材(cai)料(liao)(liao)(liao)對傳統(tong)(tong)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)影響,以及新(xin)型材(cai)料(liao)(liao)(liao)對先進裝(zhuang)備(bei)(bei)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)促進作(zuo)用(yong)。為推進相關領域科(ke)技創(chuang)新(xin),中(zhong)航(hang)工業(ye)打破固有研(yan)發(fa)體(ti)制束縛,打造了(le)(le)以年輕博士為主的(de)(de)(de)多學(xue)(xue)科(ke)交叉(cha)、技術(shu)(shu)體(ti)系完(wan)整、創(chuang)新(xin)研(yan)究(jiu)與應用(yong)研(yan)究(jiu)為一體(ti)的(de)(de)(de)創(chuang)新(xin)團隊(dui),為推進新(xin)技術(shu)(shu)研(yan)發(fa)和(he)(he)工程應用(yong)奠定了(le)(le)基礎。十年來(lai),中(zhong)航(hang)工業(ye)沿著從實驗室研(yan)究(jiu)到工程化(hua)(hua)(hua)研(yan)究(jiu),再到批產(chan)技術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)路徑,系統(tong)(tong)掌握了(le)(le)高品(pin)質石墨(mo)烯納米片、功能(neng)化(hua)(hua)(hua)石墨(mo)烯和(he)(he)石墨(mo)烯薄(bo)膜(mo)的(de)(de)(de)工業(ye)化(hua)(hua)(hua)制備(bei)(bei)技術(shu)(shu)。緊(jin)抓“創(chuang)新(xin)驅動、需求牽引”的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)思路,圍繞“加(jia)快基礎材(cai)料(liao)(liao)(liao)升級換(huan)代”的(de)(de)(de)主題,針對現有傳統(tong)(tong)材(cai)料(liao)(liao)(liao)不(bu)足(zu),充(chong)分發(fa)揮石墨(mo)烯在(zai)力學(xue)(xue)性(xing)(xing)能(neng)、電學(xue)(xue)性(xing)(xing)能(neng)和(he)(he)熱學(xue)(xue)性(xing)(xing)能(neng)方面(mian)的(de)(de)(de)優勢,在(zai)國際(ji)上首次提(ti)出了(le)(le)石墨(mo)烯隱身材(cai)料(liao)(liao)(liao)、石墨(mo)烯防彈(dan)材(cai)料(liao)(liao)(liao)等(deng)概念,研(yan)究(jiu)范圍涵(han)蓋了(le)(le)包括(kuo)金屬、非金屬等(deng)在(zai)內的(de)(de)(de)22類新(xin)材(cai)料(liao)(liao)(liao),在(zai)我(wo)國軍事裝(zhuang)備(bei)(bei)、新(xin)能(neng)源交通工具和(he)(he)環境(jing)友好裝(zhuang)備(bei)(bei)等(deng)領域展(zhan)現出良(liang)好的(de)(de)(de)應用(yong)前(qian)景。目前(qian),第一個石墨(mo)烯產(chan)業(ye)化(hua)(hua)(hua)公(gong)司已落戶(hu)天津。
在(zai)環境凈化(hua)(hua)材(cai)料(liao)領域(yu),中(zhong)航(hang)工業已研制出(chu)一(yi)系列(lie)超輕、強吸(xi)附(fu)、高過(guo)(guo)濾(lv)(lv)的(de)(de)(de)石(shi)墨烯(xi)海(hai)綿、石(shi)墨烯(xi)氣(qi)凝膠和石(shi)墨烯(xi)纖維多(duo)孔(kong)材(cai)料(liao)等(deng)石(shi)墨烯(xi)基復合材(cai)料(liao)。實驗數據顯示(shi),每1克(ke)這類材(cai)料(liao)能吸(xi)附(fu)超過(guo)(guo)100毫(hao)克(ke)甲醛、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硫、氨氣(qi)等(deng)有(you)毒(du)有(you)害氣(qi)體,或吸(xi)附(fu)超過(guo)(guo)20克(ke)對(dui)甲基藍、四氯化(hua)(hua)碳等(deng)有(you)機污染(ran)物(wu)(wu),對(dui)于造成嚴重污染(ran)的(de)(de)(de)煙氣(qi)混合排(pai)放物(wu)(wu)也具(ju)有(you)良好的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)效果。應用這類材(cai)料(liao)可制成用于空(kong)氣(qi)凈化(hua)(hua)裝(zhuang)置(zhi)的(de)(de)(de)空(kong)氣(qi)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)芯(xin)、海(hai)上油污處(chu)理的(de)(de)(de)吸(xi)油氈、煙道(dao)除塵(chen)凈化(hua)(hua)的(de)(de)(de)布(bu)袋除塵(chen)器或濕式(shi)除塵(chen)器濾(lv)(lv)芯(xin)等(deng)。石(shi)墨烯(xi)吸(xi)附(fu)材(cai)料(liao)可多(duo)次回收利用,在(zai)空(kong)氣(qi)凈化(hua)(hua)、油污處(chu)理、煙氣(qi)吸(xi)附(fu)領域(yu)具(ju)有(you)廣泛的(de)(de)(de)應用前(qian)景。
在電池材料領域,中航工業采(cai)用(yong)石墨烯納米片、碳(tan)納米管和導電炭黑三元復(fu)(fu)合(he),開發出具有超大(da)比(bi)表面積、超高導電性(xing)能、超多活化點的(de)復(fu)(fu)合(he)導電漿(jiang)料,實現(xian)了電導率(lv)可控和高穩(wen)定性(xing)。這種導電漿(jiang)料有效解決了鋰離(li)子(zi)電池正極(ji)材料導電性(xing)差(cha)、電池低溫性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)等(deng)問題,顯著提高了(le)電池循環性(xing)能(neng)。石墨(mo)烯應用在高能(neng)量密度和高功率密度的鋰離子電池中,有助于鋰離子電池和清潔能源動(dong)力電池等產業的升級發展。
在導電(dian)材料領域,中航工業通(tong)過(guo)將石墨烯納米片添加到鋁(lv)合(he)金(jin)、銅合(he)金(jin)、鈦合(he)金(jin)和高溫合(he)金(jin)等中,增加其拉伸(shen)強(qiang)度和韌(ren)性,使合(he)金(jin)的熱導率、導電(dian)性等功能(neng)特性得到優化。目前(qian),該研究中心已突(tu)破石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)鋁(lv)(lv)(lv)導(dao)體設計及(ji)制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu),制(zhi)備(bei)出同時兼(jian)具鋁(lv)(lv)(lv)合金導(dao)線強度和(he)純(chun)鋁(lv)(lv)(lv)電(dian)(dian)導(dao)率的(de)新一代石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)鋁(lv)(lv)(lv)導(dao)線;突(tu)破石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)銅觸頭和(he)石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)復合銅導(dao)線的(de)設計及(ji)制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu),有(you)望在相(xiang)同輸電(dian)(dian)能力前提(ti)下大幅(fu)降低高壓導(dao)線銅材(cai)用量;突(tu)破石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)半導(dao)電(dian)(dian)材(cai)料(liao)設計及(ji)制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu),制(zhi)備(bei)出了同心高壓導(dao)線用半導(dao)電(dian)(dian)屏蔽材(cai)料(liao)。以(yi)上(shang)原創性技(ji)術(shu)(shu)(shu)都已(yi)形成(cheng)發明專(zhuan)利、材(cai)料(liao)標準和(he)工藝規(gui)范等成(cheng)套技(ji)術(shu)(shu)(shu)文件,為(wei)實(shi)現石(shi)(shi)墨(mo)烯(xi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)在電(dian)(dian)線電(dian)(dian)纜(lan)材(cai)料(liao)上(shang)的(de)系列(lie)化應用奠定了技(ji)術(shu)(shu)(shu)基(ji)礎。

圖2:石墨烯的(de)添加對鈦合(he)金導熱系數的(de)影響
在電子封裝材料領域,中航(hang)工業通過將石墨烯納米(mi)片添加到(dao)鋁合金(jin)中,開發出了線膨脹系數可控的新一(yi)代高(gao)性能電子封(feng)裝材料。與傳統的鋁(lv)-硅合金相比,這種(zhong)材(cai)料(liao)的導熱性能提升1倍以上,強度提升90%;與鋁-碳化(hua)硅(gui)材(cai)料(liao)相比,導熱性能提升50%,價格降(jiang)低一半。這種材(cai)料(liao)可用(yong)于雷達收發模塊封裝、大功率半導體器件底(di)板等,對(dui)相關產業的技術(shu)升級具有(you)重要意義。
下一步,中(zhong)航工業將(jiang)在(zai)石(shi)墨烯(xi)材料領域持續開展自(zi)主(zhu)創新研究(jiu),并進一步拓展石(shi)墨烯在(zai)航(hang)空航(hang)天、能源、電(dian)子和生物等(deng)領域(yu)的應用,未(wei)來(lai)有望(wang)形成多(duo)個產業集群,給相關新材料領域帶來(lai)革命性的變化。
同時,國資委(wei)將進一步跟(gen)蹤石墨烯及(ji)其復合材料(liao)技術(shu)研究進度(du),推動中央企業(ye)積極參與應用推廣,促進相關產業(ye)發(fa)展和中央企業(ye)轉(zhuan)型(xing)升(sheng)級。