鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：344次 | 2023年10月13日
我國突破石墨烯技術(shù) 有望秒充電池造超級(jí)裝甲
網(wǎng)易特種訊（仝賀）石墨烯是只有一個(gè)原子厚度的二維晶體，它既是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料?？擅胨贋槭謾C(jī)滿電，制成使霧霾無法穿透的防護(hù)口罩，還可制造比鋼鐵還強(qiáng)韌的裝甲，被視為革命性材料的石墨烯已經(jīng)逐漸被帶入現(xiàn)實(shí)。中國不僅在石墨烯科研上走在世界前列，特種更希望將之產(chǎn)業(yè)化。特種展示的圖片顯示，在特種方面，石墨烯可用于裝甲防護(hù)、特種發(fā)動(dòng)機(jī)和超高聲速飛行器。
11月27日，特種石墨烯科技發(fā)展與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)布暨簽約儀式在北京舉行。未來幾年，特種將著力打造系列化石墨烯產(chǎn)業(yè)集群，形成完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈，重點(diǎn)開展石墨烯應(yīng)用基礎(chǔ)研究，新技術(shù)探索和新領(lǐng)域開拓。儀式上，特種與合作伙伴共同簽署中航石墨烯科技發(fā)展有限公司投資協(xié)議、特種首個(gè)石墨烯控股產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目——中航防護(hù)科技有限公司的投資協(xié)議以及系列石墨烯研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化合作協(xié)議。特種董事長、黨組書記林左鳴出席儀式并致辭。未來幾年，特種將著力打造系列化石墨烯產(chǎn)業(yè)集群，形成完整的石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈，重點(diǎn)開展石墨烯應(yīng)用基礎(chǔ)研究，新技術(shù)探索和新領(lǐng)域開拓。
碳——“神奇”的元素
碳是地球上最普遍也是最奇妙的一種元素，它可以形成世界上最硬的金剛石，也可以形成最軟的石墨，它的“神奇”特性正是源自于多個(gè)碳原子可以形成多種多樣的排列，這些不同的排列被稱為同素異形體。而在微觀上看似簡單的原子排列差異卻能在宏觀上帶來巨大的材料性能差別。近30年來，碳納米材料一直是科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域，1985年發(fā)現(xiàn)的富勒烯和1991年發(fā)現(xiàn)的碳納米管均引起了巨大的研究熱潮。上圖展示的正是碳的幾種同素異形體，它們分別是石墨烯、石墨、碳納米管和富勒烯。
曾被認(rèn)為只存在理論，不存在于現(xiàn)實(shí)
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯是一種由碳原子組成的六角型蜂巢結(jié)構(gòu)平面薄膜，是目前在自然界已知唯一只有一個(gè)原子厚度的二維材料。在之前石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨(dú)穩(wěn)定存在，改變發(fā)生在2004年。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位俄裔物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功地從石墨中分離出石墨烯，證明了這一結(jié)構(gòu)完全可以穩(wěn)定存在。兩人也因?yàn)椤霸诙S石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2004年的研究成果在2010年就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，在諾獎(jiǎng)中堪稱“神速”，這表明了科學(xué)界對(duì)石墨烯的關(guān)注和認(rèn)可。
事實(shí)證明，石墨烯理應(yīng)得到關(guān)注，因?yàn)榭茖W(xué)家們很快就發(fā)現(xiàn)，石墨烯是目前世界上已知的最薄且又最堅(jiān)硬的納米材料。石墨烯幾乎完全透明，只吸收2.3%的光。但又非常致密，即使是最小的氣體原子(氦原子)也無法穿透。而接下來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更是讓科學(xué)家“瞠目結(jié)舌”，多次實(shí)驗(yàn)證明，石墨烯不但最薄最硬，而且是已知自然界導(dǎo)熱率最高的材料，同時(shí)也是電阻最低的材料，此外，它還有如常溫下發(fā)生量子霍爾效應(yīng)等其他特性?？芍^性能“恐怖”的超級(jí)材料。
當(dāng)實(shí)驗(yàn)逐漸揭露出石墨烯的罕見特性時(shí)，各國立即意識(shí)到它可能帶來的巨大價(jià)值并紛紛投入巨資展開研究。人們普遍認(rèn)為石墨烯將取代多晶硅等眾多傳統(tǒng)材料成為“材料之王”。
石墨烯已經(jīng)批量生產(chǎn)應(yīng)用
由于石墨烯直至2004年才被發(fā)現(xiàn)，此時(shí)中國已經(jīng)具備了較完善的科研體系，所以國內(nèi)的各大科研院所立即展開了相關(guān)課題的研究。特種作為中國航天領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，也立即在航材院成立了石墨烯研發(fā)團(tuán)隊(duì)并迅速發(fā)展為大型實(shí)驗(yàn)室，專攻石墨烯的制備方法和在各領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)課題。在此次發(fā)布會(huì)上，特種航材院王旭東博士介紹了特種石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究進(jìn)展，特種在掌握高性能、低成本石墨烯納米片和石墨烯薄膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)致力于開展石墨烯應(yīng)用研究和工程技術(shù)開發(fā)，推動(dòng)石墨烯在特種航天、能源、電子和生物等領(lǐng)域應(yīng)用，已在石墨烯納米片批量化制備、功能化石墨烯、石墨烯宏觀體制備、大尺寸石墨烯薄膜批量化制備、石墨烯增強(qiáng)金屬結(jié)構(gòu)材料、石墨烯儲(chǔ)能材料、石墨烯電子封裝材料、石墨烯電線電纜材料、石墨烯環(huán)境凈化材料、石墨烯涂料、石墨烯改性非金屬材料、石墨烯信息材料等領(lǐng)域取得了諸多獨(dú)創(chuàng)性的成果。下面通過會(huì)場(chǎng)的展板進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
石墨烯在特種科技領(lǐng)域的應(yīng)用
由于石墨烯是已知的最薄且又最堅(jiān)硬的納米材料。所以通過復(fù)雜方法添加到傳統(tǒng)防彈材料中，可大幅增強(qiáng)防彈性能同時(shí)減輕防護(hù)材料的重量。應(yīng)用前景廣闊。
從展板中可以看到，將石墨烯應(yīng)用到裝甲材料中，使材料的密度和體積都有顯著下降，防護(hù)能力則反而有所增強(qiáng)。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員介紹，目前含有石墨烯的裝甲材料已經(jīng)應(yīng)用到一些新的特種裝備中，只是由于涉密原因不能具體透露。
由于可以通過不同合成方法調(diào)節(jié)石墨烯裝甲的防護(hù)能力，使得石墨烯防護(hù)材料不僅可用于特種領(lǐng)域，也可拓展至特種和民用領(lǐng)域，比如特種頭盔，防爆車輛和民用防護(hù)裝備，實(shí)現(xiàn)特種民品協(xié)同發(fā)展。
石墨烯在特種航天領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯是已知自然界導(dǎo)熱率最高的材料，這就使它擁有了極好的散熱性能，其中一塊展板就介紹了在高速飛行器中石墨烯的重要作用，不過可能是保密原因，展板的圖片均采用的是美國目前試驗(yàn)中的高超音速飛行器照片。
通過石墨烯既輕薄又堅(jiān)韌的特性對(duì)傳統(tǒng)合金進(jìn)行改進(jìn)，可使特種發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪減輕重量同時(shí)增強(qiáng)增韌并延長使用壽命，可見對(duì)于我國飛機(jī)長期以來的“心臟病”也就是發(fā)動(dòng)機(jī)問題，“神奇”的石墨烯同樣可以幫到大忙。現(xiàn)場(chǎng)的科研人員介紹稱這項(xiàng)研究是中國首先展開的，由此也可見國內(nèi)各專業(yè)的科學(xué)家們對(duì)于國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)所作出的努力。
石墨烯在其它領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯的應(yīng)用范圍極大，絕不僅僅限于最尖端特種特種領(lǐng)域。下面就簡述一些會(huì)議中透露的應(yīng)用方向。
一、可對(duì)傳統(tǒng)電池進(jìn)行改性，利用石墨烯電子遷移速度極高電阻極低的特性，使電池充電時(shí)間大幅縮短并且大幅提升電池充放電壽命。
二、可對(duì)傳統(tǒng)涂料進(jìn)行改性，使得被噴涂金屬防腐能力較傳統(tǒng)涂料提升數(shù)倍。
三、利用非常致密，即使是最小的氣體原子也無法穿透的特性，對(duì)傳統(tǒng)的過濾材料進(jìn)行改性，可制作出強(qiáng)吸附材料和強(qiáng)過濾材料，如特種航材院研制出的防霧霾口罩，過濾能力遠(yuǎn)高于現(xiàn)有產(chǎn)品且重復(fù)過濾能力大大增強(qiáng)。
四、通過石墨烯超常規(guī)的電學(xué)性能和力學(xué)性能對(duì)鋁導(dǎo)線進(jìn)行改性，提升了鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電率和使用壽命，有助于中國加快建設(shè)鋁導(dǎo)線電網(wǎng)以替代成本高，質(zhì)量重，較稀有的銅特種線。
五、由于石墨烯為碳的單體且具有規(guī)整的排列方式，使其原子核外電子形成特殊的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致它具有神奇的減小摩擦力的作用，可對(duì)潤滑劑進(jìn)行改性，增強(qiáng)潤滑性能和使用壽命。
其實(shí)石墨烯可應(yīng)用的領(lǐng)域還有很多很多，而且大家從上述介紹中就可看出，石墨烯真可謂是“神奇”的材料“藥水”，把它添加到任何傳統(tǒng)材料中，似乎都能使他們迸發(fā)出新的“魔力”。
絕不能再“起個(gè)大早，趕個(gè)晚集”
在發(fā)布會(huì)上和之后的媒體采訪中，特種董事長、黨組書記林左鳴多次強(qiáng)調(diào)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢(shì)待發(fā)，其突破口一定是在材料領(lǐng)域。我們必須抓住材料科學(xué)創(chuàng)新這個(gè)新一輪科技革命的導(dǎo)火索。以石墨烯為代表的材料技術(shù)讓我們與世界站在了同一起跑線上，并已經(jīng)取得了很多技術(shù)突破。但我們必須吸取曾經(jīng)的教訓(xùn)，這個(gè)教訓(xùn)就是雖然中國有過在某些領(lǐng)域首先實(shí)現(xiàn)突破，但常常思維僵化，沒能快速將科研成果實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化，最后讓外國人搶了先機(jī)，獲得了最大回報(bào)。所以我們絕不能再“起個(gè)大早，趕個(gè)晚集”，石墨烯作為一種有可能顛覆未來發(fā)展的戰(zhàn)略性新興材料，發(fā)展正當(dāng)其時(shí)。我們一定要以石墨烯技術(shù)為契機(jī)，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的“彎道超車”。
確實(shí)，曾經(jīng)的中國由于種種原因已經(jīng)落后世界太多了，從某種意義上說屬于經(jīng)驗(yàn)積累科學(xué)的材料科學(xué)與世界先進(jìn)水平的差距更是巨大，而新生事物石墨烯確實(shí)是中國在材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“彎道超車”的絕佳機(jī)會(huì)。目前中國已經(jīng)具備了較完善的科研體系和較強(qiáng)的資本積累，學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的科研轉(zhuǎn)化經(jīng)驗(yàn)勢(shì)在必行。讓我們自己的資本力量成為科研成果轉(zhuǎn)化的“催化劑”，使高大上的科學(xué)理論和試驗(yàn)成果快速轉(zhuǎn)化為在市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。這正是此次特種石墨烯科技發(fā)展與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)布暨簽約儀式所做的。未來特種將以中航石墨烯科技發(fā)展有限公司為核心研發(fā)平臺(tái)和成果輸出源，通過科研成果授權(quán)經(jīng)營、科研成果作價(jià)入股、提供有償技術(shù)服務(wù)、按銷售提成等多種利益分配模式，合理獲得創(chuàng)新主體的利益回報(bào)。并在成果具備產(chǎn)業(yè)化條件時(shí)，在特種內(nèi)外引入戰(zhàn)略合作伙伴，成立產(chǎn)業(yè)公司。預(yù)計(jì)未來兩年，特種將有近10個(gè)石墨烯項(xiàng)目進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。石墨烯作為高端前沿學(xué)科，研發(fā)投入很大，此次中航與投資公司的簽約規(guī)模都在百億以上，未來可能要達(dá)到千億。數(shù)額看似巨大，但只要一些項(xiàng)目最終轉(zhuǎn)化為在世界上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品帶來的收益可能就是萬億級(jí)并能帶動(dòng)國家整個(gè)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。只有將金錢投資在這種真正的創(chuàng)新科學(xué)并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，中國的未來才能有更大發(fā)展。
再說一些與特種航材院王旭東博士交流時(shí)的收獲。王博士很年輕，非常樂于與媒體交流目前特種在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)成果。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)堪稱中國特種工業(yè)的老大難問題，各個(gè)媒體都十分關(guān)注，紛紛向王博士詢問石墨烯能對(duì)中國的國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)帶來什么幫助，王博士的回答有點(diǎn)讓人吃驚，他說目前中國在很多發(fā)動(dòng)機(jī)用材料上是領(lǐng)先世界的，而且目前已經(jīng)在我們自己的發(fā)動(dòng)機(jī)上有所應(yīng)用，但我們的材料在整合上常常出現(xiàn)問題，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)依然落后，他說他一定會(huì)運(yùn)用所掌握的石墨烯知識(shí)幫助改進(jìn)國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，也說由于保密原因很多成果也無法展示。當(dāng)記者問到中國發(fā)展石墨烯有何優(yōu)勢(shì)時(shí)，王博士說，中國有大量石墨礦藏也有大批從事相關(guān)研究的科研團(tuán)隊(duì)。單說目前中航自己的航材院就已經(jīng)突破了新的石墨烯制備技術(shù)，使石墨烯制造成本有較大下降，雖然價(jià)格無法透露但也絕不是當(dāng)年的“黑色黃金”了。有了制備的基礎(chǔ)也是中國更容易展開石墨烯的各項(xiàng)應(yīng)用研究。有媒體詢問石墨烯研發(fā)投入那么大，是否會(huì)入不敷出時(shí)，王博士堅(jiān)定的回答肯定不會(huì)，因?yàn)槭?yīng)用的方面太廣了，而且目前已經(jīng)體現(xiàn)出價(jià)值并得到了應(yīng)用。他又介紹了石墨烯的一些應(yīng)用，其中的石墨烯電池和芯片讓小編印象非常深刻，他說目前除了用石墨烯改性現(xiàn)有的電池如鋰電池外，最前沿的是正在研發(fā)的第三代石墨烯電池技術(shù)也就是純石墨烯電池，它的性能竟然可以達(dá)到每克電池核心儲(chǔ)存超過1500毫安的電量并能以遠(yuǎn)快于現(xiàn)有電池的速度充電。這不正是電動(dòng)汽車一直在等待的突破技術(shù)嗎。而石墨烯芯片則是在原子層面布置電路，圍觀等級(jí)遠(yuǎn)低于現(xiàn)在常見的納米級(jí)芯片，如果實(shí)現(xiàn)將制造出功耗極低，性能極強(qiáng)，發(fā)熱則幾乎可以忽略不計(jì)的超級(jí)芯片，到那時(shí)人們掌上的手機(jī)真不知會(huì)具有何等恐怖的性能。怪不得有人斷言，如果說20世紀(jì)是單晶硅的世紀(jì)，那么21世紀(jì)就是石墨烯的世紀(jì)。當(dāng)然，這些產(chǎn)品不會(huì)很快來到人們面前，他任然需要像王博士這樣的科學(xué)家們夜以繼日的公關(guān)，但我相信有朝一日它們一定會(huì)來到我們面前。
今年10月23日，國家主席習(xí)近平在訪問英國期間訪問參觀了曼徹斯特大學(xué)國家石墨烯研究院，這正是發(fā)現(xiàn)石墨烯的地方，在這里中英雙方確定將在石墨烯領(lǐng)域展開合作研究。中國是石墨大國，目前也具有大量參與石墨烯研究的團(tuán)隊(duì)和企業(yè)，小編真切希望中國可以抓住這次機(jī)遇，開發(fā)生產(chǎn)出世界最好的石墨烯產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)真正的“彎道超車”。
