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 石墨烯納米片材料主體用于鋰電池正、負(fù)極材料，隨著環(huán)境保護(hù)電動(dòng)車的市場(chǎng)占有率和容量擴(kuò)大，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用指日可待。中航工業(yè)北京航空材料研究院首創(chuàng)“石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料”，不但發(fā)明了一類具有優(yōu)異性能的新型高端金屬基納米復(fù)合材料，該材料或還將對(duì)未來航空航天器帶來革命性變革。
 

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
 

　　石墨烯在航空航天領(lǐng)域有諸多應(yīng)用，而中國航空工業(yè)集團(tuán)是中國在該領(lǐng)域的代表力量，故而其在石墨烯領(lǐng)域的進(jìn)展往往較一般研發(fā)實(shí)體更為人所關(guān)注，他們?nèi)〉昧耸裁闯煽�，他們的研發(fā)體制是什么樣的，為此記者聯(lián)系采訪了中航工業(yè)北京航空材料研究院石墨烯研究團(tuán)隊(duì)（下稱航材院）。

　　據(jù)航材院團(tuán)隊(duì)成員介紹，目前它們具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石墨烯納米片批量化制備的全套工藝技術(shù)及專用設(shè)備，建立了產(chǎn)能100噸/年的石墨烯納米片全自動(dòng)化生產(chǎn)線，獲得4層以下的石墨烯納米片，單層率大于90%，并具有極大比表面積和良好的分散性。在此基礎(chǔ)上針對(duì)其在儲(chǔ)能、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用制備了多種功能化石墨烯，包括羥基化石墨烯、羧基化石墨烯、鍍銀石墨烯、鍍銅石墨烯、負(fù)載磁性粒子石墨烯、半導(dǎo)體雜化石墨烯等。開發(fā)了各類石墨烯宏觀體，包括石墨烯纖維、石墨烯海綿、石墨烯氣凝膠、石墨烯同軸納米線、石墨烯織物等。

　　航材院具備批量制備大尺寸、高質(zhì)量化學(xué)氣相沉積（CVD）石墨烯薄膜的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全套制備技術(shù)及專用設(shè)備，突破了反應(yīng)源氣體與載氣壓配比、化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)室爐溫均勻性、轉(zhuǎn)移介質(zhì)和載體匹配性、目標(biāo)物與石墨烯薄膜兼容性等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，解決了國產(chǎn)銅箔表面狀態(tài)匹配性和多層模具設(shè)計(jì)和裝配問題，提高了石墨烯薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量，獲得的石墨烯薄膜最大尺寸300mm×300mm，透光率93%以上，方塊電阻300-500歐，層數(shù)1-5層并可控，形成年產(chǎn)十萬片石墨烯薄膜（300mm×300mm）的生產(chǎn)能力。

　　此外，在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積（CVD）制備方法基礎(chǔ)上，通過集智攻關(guān)，設(shè)計(jì)制造出規(guī)�；�生產(chǎn)石墨烯連續(xù)薄膜的化學(xué)氣相沉積（CVD）原理樣機(jī)（Roll-to-roll設(shè)備），該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)長度不限的石墨烯薄膜的連續(xù)工業(yè)化制備，為石墨烯薄膜規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

　　關(guān)于石墨烯材料在鋰電池中的應(yīng)用，航材院表示，在提升傳統(tǒng)鋰電池性能方面，基于自主研發(fā)、生產(chǎn)的易分散、大比表面積的高品質(zhì)石墨烯納米片，針對(duì)航空、航天和汽車領(lǐng)域?qū)Ω吣芰看鎯?chǔ)密度和高功率密度電池的需求，研制了石墨烯改性LiFePO4/liMnPO4鋰離子電池正極材料和石墨烯改性鋰離子電池負(fù)極材料，組裝了石墨烯鋰離子電池典型測(cè)試試樣，石墨烯的添加顯著提高了鋰離子電池的能量密度和功率密度，減小了電池充電時(shí)間，提高了電池續(xù)航能力，石墨烯鋰離子電池展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)特性。

　　石墨烯在航空航天領(lǐng)域有廣闊前景，在這方面航材院收獲頗豐。

　　航材院團(tuán)隊(duì)成員稱，基于鋁基石墨烯材料的研究，利用石墨烯高強(qiáng)、高模量的特性，以及航材院生產(chǎn)石墨烯粉末品質(zhì)高、比表面積大和易于分散的特點(diǎn)，成功研制出700MPa級(jí)別以上的石墨烯鋁基復(fù)合材料，以及彈性模量95GPa以上石墨烯鋁基復(fù)合型材。航材院首創(chuàng)“石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料”，不但發(fā)明了一類具有優(yōu)異性能的新型高端金屬基納米復(fù)合材料，該材料或還將對(duì)未來航空航天器帶來革命性變革。首次利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等現(xiàn)代材料表征手段對(duì)石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并測(cè)試其拉伸性能。結(jié)果表明：石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中，與基體形成良好的原子尺度結(jié)合界面，且石墨烯納米片與鋁合金基體未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并保留了原始的納米片結(jié)構(gòu)。例如，向鋁合金中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.3%的石墨烯納米片時(shí)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到322MPa和455MPa，較未添加石墨烯納米片的鋁合金分別提高58%和25%，且鋁合金的伸長率沒有降低。

　　在以上領(lǐng)域之外，航材院還有突破。譬如，航材院基于鋁基和鈦基石墨烯材料的研究基礎(chǔ)，利用石墨烯超高導(dǎo)熱的特性，以及航材院生產(chǎn)石墨烯粉末品質(zhì)高、比表面積大和易于分散的特點(diǎn)，充分發(fā)揮石墨烯導(dǎo)熱性能，在保證工藝性能和線膨脹要求的同時(shí)，成功研制出導(dǎo)熱率大于210 W/moK的石墨烯電子封裝材料，相比技術(shù)指標(biāo)提升一倍，彎曲強(qiáng)度提升3倍，彈性模量提升50%。

　　另外，石墨烯增強(qiáng)鋁、銅基納米復(fù)合材料在電線電纜導(dǎo)體上的應(yīng)用研究基于前期石墨烯增強(qiáng)鋁、銅基納米復(fù)合材料的研究基礎(chǔ)，針對(duì)航空、航天和電子等領(lǐng)域?qū)Τ�高頻射頻電纜、超高壓電纜和耐蝕電纜的需求，開展了石墨烯在電線和電纜領(lǐng)域的應(yīng)用研究，獲得了不同規(guī)格的石墨烯增強(qiáng)鋁、銅導(dǎo)線和電纜等典型樣件，石墨烯可以顯著提高電纜材料的強(qiáng)度、韌性和耐蝕等性能。

　　其次，在其他復(fù)合材料、環(huán)境凈化材料等方面的應(yīng)用，航材院采用一種獨(dú)特的制備技術(shù)，制備了超輕石墨烯纖維增韌膜，對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌具有極其顯著的效果；中航工業(yè)航材院研制出了一種強(qiáng)吸附、高過濾的石墨烯環(huán)境凈化材料，在空氣凈化、油污處理領(lǐng)域具有極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值；中航工業(yè)航材院通過對(duì)石墨烯納米片改性，并通過特殊的制備工藝研制出了性能優(yōu)異的石墨烯/聚合物導(dǎo)電導(dǎo)熱材料，并制備了結(jié)構(gòu)功能一體化器件，在航空、航天、電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

　　作為軍工集團(tuán)下屬的研發(fā)機(jī)構(gòu)，航材院的研發(fā)體制與一般企業(yè)肯定有不同之處，據(jù)其介紹，航材院組建了跨單位、跨專業(yè)的石墨烯研究機(jī)構(gòu)——石墨烯及應(yīng)用研究中心。

　　航材院石墨烯中心按項(xiàng)目管理，建立了快速響應(yīng)機(jī)制，減少了管理層級(jí)。航材院石墨烯中心由30多名以博士為主的年輕科研人員組成研究團(tuán)隊(duì)，專業(yè)涵蓋物理、化學(xué)、材料、工藝、性能表征與評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域，是一個(gè)跨學(xué)科、跨專業(yè)的高度融合的創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，便于創(chuàng)新思想碰撞和集智攻關(guān)。航材院自籌經(jīng)費(fèi)設(shè)立專項(xiàng)研發(fā)基金，為石墨烯專項(xiàng)研究提供必要的經(jīng)費(fèi)支持，避免因科研人員按部就班申請(qǐng)各類科技計(jì)劃造成研究周期較長從而失去研究先機(jī)；同時(shí)中航工業(yè)也通過集團(tuán)創(chuàng)新基金經(jīng)費(fèi)傾斜，給航材院石墨烯專項(xiàng)研究提供了研究經(jīng)費(fèi)補(bǔ)充。航材院在石墨烯研究的實(shí)驗(yàn)室條件和手段方面給予優(yōu)先支持，成立專項(xiàng)保障組，快速建立和配備實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線所需的廠房、工藝設(shè)備、原材料和測(cè)試條件，保證了基本的研究需要。

　　最后關(guān)于石墨烯技術(shù)的高端技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，航材院給出了自己的時(shí)間表：石墨烯薄膜替代摻錫氧化銦（ITO）作為下一代電子產(chǎn)品的高性能低成本透明導(dǎo)電薄膜，隨著手機(jī)領(lǐng)先應(yīng)用并投放市場(chǎng)，若取得一定技術(shù)突破，預(yù)計(jì)大規(guī)模上市不會(huì)太久。

　　石墨烯納米片材料主體用于鋰電池正、負(fù)極材料，隨著環(huán)境保護(hù)電動(dòng)車的市場(chǎng)占有率和容量擴(kuò)大，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用指日可待。石墨烯納米片改性金屬基復(fù)合材料作為輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，以及石墨烯納米片增強(qiáng)增韌樹脂基復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)功能一體化材料，隨著下一代飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，在不久的將來，可以形成規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用。