石墨烯可能使航天器發(fā)生革命

石墨烯可能使航天器發(fā)生革命
來(lái)源：東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：431


石墨烯納米片主要用作鋰電池正極材料和正極材料。隨著環(huán)保型電動(dòng)汽車市場(chǎng)份額和容量的擴(kuò)大，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。中國(guó)航空工業(yè)北京航空材料研究所率先開(kāi)發(fā)了石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料。這些研究成果不僅為新型高性能金屬基納米復(fù)合材料創(chuàng)造了條件，也將給未來(lái)的航天飛行器帶來(lái)革命性的變化。

石墨烯在航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)是中國(guó)在石墨烯領(lǐng)域的代表力量，因此石墨烯領(lǐng)域的發(fā)展往往比一般研發(fā)實(shí)體更受關(guān)注，他們?nèi)〉昧耸裁闯删?，他們擁有什么樣的研發(fā)體系。北京航空材料研究所石墨烯研究小組（以下簡(jiǎn)稱航空材料研究所）。

據(jù)航空材料科學(xué)院研究組成員介紹，目前已具備一整套批量制備具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的石墨烯納米片的技術(shù)和專用設(shè)備。建立了年產(chǎn)100噸石墨烯納米片的全自動(dòng)生產(chǎn)線，獲得了單層率大于90％的石墨烯納米片，表面積大，分散性好，在此基礎(chǔ)上制備了多種功能石墨烯。廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能、環(huán)境等領(lǐng)域，包括羥基化石墨烯、羧基石墨烯、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。菲涅海綿，石墨烯氣凝膠，石莫希同軸納米線，石墨烯織物，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。

航空材料科學(xué)院擁有成套的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型高質(zhì)量化學(xué)氣相沉積（CVD）石墨烯薄膜的批量制備技術(shù)和專用設(shè)備。它突破了反應(yīng)器氣載壓比、化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)室溫均勻性、轉(zhuǎn)移介質(zhì)與載體匹配、靶材等關(guān)鍵技術(shù)，解決了與石墨烯膜相容等表面狀態(tài)匹配問(wèn)題。中國(guó)銅箔多層模具設(shè)計(jì)與裝配。提高了石墨烯薄膜的質(zhì)量和產(chǎn)量。石墨烯薄膜的最大尺寸為300mm×300mm，透過(guò)率大于93%，阻擋電阻為300-500歐元，層數(shù)為1-5層，每年可生產(chǎn)100000個(gè)石墨烯薄膜（300mm×300mm）。

此外，在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積（CVD）方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制造了用于大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯連續(xù)膜（輥對(duì)輥設(shè)備）的化學(xué)氣相沉積（CVD）原理樣機(jī)。該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜無(wú)限長(zhǎng)的連續(xù)工業(yè)化制備，用于石墨烯生產(chǎn)。大規(guī)模生產(chǎn)薄膜奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)于石墨烯材料在鋰電池中的應(yīng)用，航空材料學(xué)會(huì)說(shuō)，為了提高傳統(tǒng)鋰電池的性能，在自行開(kāi)發(fā)的、可分散的、高品質(zhì)的、具有大比表面積的石墨烯納米片基礎(chǔ)上，可以為滿足航空、航天、汽車等領(lǐng)域?qū)Ω邇?chǔ)能密度、高功率密度電池的需求，研制了石墨烯改性LiFePO4liMnPO4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。組裝了石墨烯改性鋰離子電池的典型測(cè)試樣品。石墨烯的加入顯著地提高了鋰離子電池的能量密度和功率密度，縮短了電池充電時(shí)間，提高了電池的壽命能量。

通過(guò)對(duì)鋁基石墨烯材料的研究，研制出高強(qiáng)度、高模量、高質(zhì)量、大比表面積、易分散的鋁基石墨烯復(fù)合材料。S已成功研制成功。研制成功了彈性模量在95GPa以上、700MPa的鋁基石墨烯復(fù)合材料。采用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和掃描電鏡（SEM）對(duì)石墨烯增強(qiáng)金屬基納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。首次用透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)石墨烯納米片進(jìn)行了拉伸性能測(cè)試，結(jié)果表明，石墨烯納米片均勻地分布在鋁合金基體中，與基體形成了良好的原子級(jí)結(jié)合界面，沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在石墨烯納米片與鋁合金基體之間，保留了原有的納米片結(jié)構(gòu)，例如，在鋁合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.3%的石墨烯納米片，其屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到322MPa和455MPa。y比無(wú)石墨烯納米片的鋁合金高58%和25%，而鋁合金的伸長(zhǎng)率沒(méi)有降低。

除了上述領(lǐng)域外，航空材料研究院也取得了突破性進(jìn)展，例如，在鋁基和鈦基石墨烯材料研究的基礎(chǔ)上，航空材料研究所充分利用石墨烯超高溫CO的特性。航空材料研究所生產(chǎn)的石墨烯粉末的導(dǎo)電性、高質(zhì)量、大比表面積、易分散，在保證工藝性能和線膨脹要求的同時(shí)，成功地發(fā)展了石墨烯的導(dǎo)熱性。制備了熱導(dǎo)率大于210 W/MOK的電子封裝材料。與技術(shù)指標(biāo)相比，抗彎強(qiáng)度提高一倍，彈性模量提高50%。

此外，石墨烯增強(qiáng)鋁和銅納米復(fù)合材料在電線電纜導(dǎo)體中的應(yīng)用是在石墨烯增強(qiáng)鋁和銅納米復(fù)合材料研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。為滿足航空、航天、電子等行業(yè)對(duì)超高頻射頻電纜、超高壓電纜及耐腐蝕電纜的需求，研制了石墨烯（石墨烯）增強(qiáng)鋁、銅導(dǎo)體及不同規(guī)格電纜的典型試樣。在電線電纜領(lǐng)域的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了一定的成果。石墨烯能顯著提高電纜材料的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性。

其次，在其它復(fù)合材料和環(huán)境凈化材料的應(yīng)用中，航空材料研究所采用了獨(dú)特的制備工藝制備了超輕石墨烯纖維增韌膜，對(duì)c.合適的材料。航空工業(yè)航空材料研究所開(kāi)發(fā)了一種強(qiáng)吸附、高過(guò)濾的石墨烯環(huán)境，凈化材料在空氣凈化和石油污染治理領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)對(duì)石墨烯納米片的改性和特殊的制備工藝，CAI開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)良的石墨烯／聚合物導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，并制備了用于航空、航天等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)和功能集成器件。在電子技術(shù)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。

航空材料研究院作為軍工集團(tuán)公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)，其研發(fā)體系不同于一般企業(yè)。據(jù)介紹，航空材料研究院已成立了一個(gè)跨單位、跨專業(yè)的石墨烯研究所——石墨烯及應(yīng)用研究中心。

根據(jù)項(xiàng)目管理，航空材料科學(xué)院石墨烯中心建立了快速反應(yīng)機(jī)制，降低了管理水平。它專長(zhǎng)于物理、化學(xué)、材料、技術(shù)、性能表征和評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。它是一個(gè)跨學(xué)科、跨學(xué)科、高度集成的創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，有利于創(chuàng)新理念的碰撞和關(guān)鍵問(wèn)題的智能化處理。為避免因科研人員按時(shí)應(yīng)用各種科技計(jì)劃而造成科研周期過(guò)長(zhǎng)而失去科研機(jī)會(huì)。同時(shí)，中國(guó)航空工業(yè)也通過(guò)集團(tuán)創(chuàng)新基金向航空材料研究院傾斜資金，提供石墨烯專題研究。該研究為航空材料研究院的研究提供了補(bǔ)充資金。航空材料研究院優(yōu)先支持實(shí)驗(yàn)室條件和手段。對(duì)石墨烯的研究，成立專門的支持小組，迅速建立和設(shè)備車間、工藝設(shè)備、原材料以及實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線所需的試驗(yàn)條件，確?；A(chǔ)研究的需要。

最后，關(guān)于石墨烯技術(shù)的高端技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，航空材料研究所給出了自己的時(shí)間表：石墨烯膜取代銦錫氧化物（ITO）作為下一代電子器件的高性能低成本透明導(dǎo)電膜。電子產(chǎn)品。隨著移動(dòng)電話的領(lǐng)先應(yīng)用和市場(chǎng)投放，如果取得一些技術(shù)上的突破，預(yù)計(jì)將會(huì)是巨大的，不久就會(huì)大規(guī)模上市。

石墨烯納米片主要用作鋰電池正極材料和正極材料。隨著環(huán)保型電動(dòng)汽車市場(chǎng)份額和容量的擴(kuò)大，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。osheet增強(qiáng)增韌樹(shù)脂基復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)和功能一體化材料，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(lái)，可以形成大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。

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