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新型碳納米復(fù)合材料給你熱炕頭的溫暖

2021-04-07 10:47:26 來源：科技日報

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，它輕如空氣，又堅比鋼鐵。有了石墨烯，可彎曲折疊的屏幕、更薄更耐用的電池、更小的處理器都不再是幻想。

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)新材料，它輕如空氣，又堅比鋼鐵，以其優(yōu)異的導(dǎo)電性、透光性和強韌度，將在電子、能源、環(huán)境等多個領(lǐng)域發(fā)揮非常大的應(yīng)用潛力。

有了石墨烯，可彎曲折疊的屏幕、更薄更耐用的電池、更小的處理器都不再是幻想。記者4月1日走訪廈門石墨烯孵化基地發(fā)現(xiàn)，一批打破國際壟斷、填補空白、具備核心技術(shù)的企業(yè)，基于石墨烯研發(fā)出發(fā)熱長椅、航天器電池、碳基凈化材料，逐漸成長為石墨烯產(chǎn)業(yè)界的“參天大樹”。

新型碳納米復(fù)合材料在寒冷天氣給你熱炕頭的溫暖

在廈門中易宏普納米科技有限公司（以下簡稱中易宏普），技術(shù)人員坐在公司自主研發(fā)的石墨烯玻璃發(fā)熱長椅上，這種長椅可以噴涂各種圖案，將廣泛應(yīng)用在城市里主要的公交車站、公園、旅游景點等場所。

“石墨烯玻璃發(fā)熱長椅不但可以發(fā)熱，而且節(jié)約能耗、抗菌。冬季寒冷天氣人們坐上去會享受到北方熱炕頭的溫暖。”中易宏普有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說。

石墨烯產(chǎn)業(yè)被我國列為“先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)”，正引領(lǐng)著新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。當(dāng)前，石墨烯發(fā)熱產(chǎn)品主要依靠發(fā)熱薄膜發(fā)熱。然而，薄膜本身是一種塑料產(chǎn)品，因此在受熱的過程中，會產(chǎn)生熱脹冷縮反應(yīng)導(dǎo)致壽命短、性能衰減及耗電增加等問題。

“我們發(fā)現(xiàn)石墨烯和碳納米管都是碳元素的同素異形體，都擁有各自的神奇特性。石墨烯作為片狀結(jié)構(gòu)，在橫向上的超導(dǎo)性能十分優(yōu)越，而碳納米管正好相反，在縱向上的超導(dǎo)性能可與石墨烯形成互補。”中易宏普有關(guān)技術(shù)人員告訴記者，研究人員將兩者進(jìn)行有效的結(jié)合，形成了超導(dǎo)性能更加卓越的新型碳納米復(fù)合材料，并通過特種工藝直接噴涂在玻璃上發(fā)熱。

該技術(shù)屬于全球首創(chuàng)，目前產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。落地廈門火炬石墨烯孵化器短短一年間，中易宏普便取得了一系列重要進(jìn)展：獲得韓國2020年新技術(shù)—新產(chǎn)品認(rèn)證大獎；石墨烯滲透鋅粉重防腐涂料在國家航材院完成了各項相關(guān)檢測，下一步將投建整條大規(guī)模生產(chǎn)線，為科研院所提供石墨烯滲透鋅粉重防腐涂料。

功能性材料氟化碳讓鋰電池兼顧“雙高”性能

廈門弗能科技有限公司（以下簡稱弗能科技）是廈門火炬石墨烯新材料專業(yè)孵化器引進(jìn)的一家先進(jìn)碳材料企業(yè)。走進(jìn)弗能科技生產(chǎn)車間，記者看到了一排排整齊擺放的高溫氟化設(shè)備，幾名研發(fā)人員正緊張地盯著控制面板，關(guān)注著生產(chǎn)參數(shù)的變化，高溫反應(yīng)爐內(nèi)正在生產(chǎn)國家緊缺的功能性材料——氟化碳。“長期以來，該領(lǐng)域主要技術(shù)掌握在美、日等發(fā)達(dá)國家手里，我們有望率先實現(xiàn)該材料的國產(chǎn)化。”弗能科技有關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者。

氟化碳是目前世界上理論能量密度最高的原電池固態(tài)正極材料，在電子器件、生物醫(yī)學(xué)和裝備電源等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。合成氟化碳具有一定的危險性，國際主流的氟化碳材料難以兼顧“能量密度高”和“功率密度高”兩項“雙高”要求，我國在該領(lǐng)域起步較晚，相關(guān)研究及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)缺失。

瞄準(zhǔn)新型氟化碳材料的規(guī)模化制備，經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，弗能科技技術(shù)團(tuán)隊形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的氟化碳規(guī)?；苽浼夹g(shù)，實現(xiàn)了核心材料國產(chǎn)化，滿足了新一代小型化、混合化、群體化、遠(yuǎn)程化、智能化航天裝備對“雙高”鋰電池的需求。

“目前，企業(yè)已完成700多平方米的研發(fā)實驗室建設(shè)，完成功率氟化碳材料長程和局部結(jié)構(gòu)、三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等制備技術(shù)研究，突破現(xiàn)有高功率氟化碳材料高溫定向氟化制備技術(shù)。”弗能科技有關(guān)負(fù)責(zé)人透露，2021年，公司計劃投入2000萬元，建設(shè)年產(chǎn)5噸氟化碳及納米氟化碳生產(chǎn)線，實現(xiàn)氟化碳材料的國產(chǎn)化。

石墨烯電磁屏蔽薄膜抑制5G時代電磁干擾和輻射

在偌大寬敞的研發(fā)車間，科炭（廈門）新材料有限公司（以下簡稱科炭）的研發(fā)工程師們緊張有序地忙碌著，新型碳基材料的生產(chǎn)線上，一桶桶高純度的氧化石墨烯漿料、一盒盒新型石墨烯電磁屏蔽薄膜材料有序地輸送到車間外……

“這是高效石墨烯屏蔽材料系列，具有輕薄、柔韌可折疊、耐燃耐腐蝕等顯著優(yōu)勢，可滿足電子產(chǎn)品、國防航天裝備、電力電纜不同應(yīng)用場景的需求。”科炭有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說。

5G時代來臨，新一代高度集成、高功率和高頻電子器件數(shù)量急劇增加，電磁干擾和輻射問題日益突出。開發(fā)高性能電磁屏蔽材料是抑制電磁干擾和污染的重要手段，也是保證電子設(shè)備正常運轉(zhuǎn)不可或缺的組件。

然而，當(dāng)前國內(nèi)屏蔽材料性能低、產(chǎn)品單一，高端屏蔽材料依賴進(jìn)口。因此，開發(fā)集質(zhì)量輕、厚度小、柔韌性好、屏蔽性能優(yōu)于一體的新型電磁屏蔽材料迫在眉睫。

為此，科炭研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新性開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的抑制石墨烯堆垛和團(tuán)聚技術(shù)、超薄屏蔽膜制備技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)，研制了石墨烯—活性碳復(fù)合材料、超薄石墨烯膜和高彈性多孔石墨烯膜等高效屏蔽材料。當(dāng)前，公司載銀活性碳材料已陸續(xù)在飛利浦等廠家凈化產(chǎn)品上使用，柔性石墨烯屏蔽薄膜也將用于手機(jī)等電子通信產(chǎn)品。（謝開飛）

標(biāo)簽：石墨烯納米復(fù)合材料