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加點石墨烯,這些產品變“神奇”

科技日報發(fā)布時間:2021-04-07 09:24:12  作者:謝開飛、郭文晨、李幼君、謝桂玲

  能發(fā)熱的玻璃長椅、可屏蔽電磁輻射的薄膜……

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

  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業(yè)界的“參天大樹”。

  新型碳納米復合材料 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。”中易宏普有關負責人介紹說。

  石墨烯產業(yè)被我國列為“先導產業(yè)”,正引領著新一輪的科技革命與產業(yè)變革。當前,石墨烯發(fā)熱產品主要依靠發(fā)熱薄膜發(fā)熱。然而,薄膜本身是一種塑料產品,因此在受熱的過程中,會產生熱脹冷縮反應導致壽命短、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。石墨烯作為片狀結構,在橫向上的超導性能十分優(yōu)越,而碳納米管正好相反,在縱向上的超導性能可與石墨烯形成互補。”中易宏普有關技術人員告訴記者,研究人員將兩者進行有效的結合,形成了超導性能更加卓越的新型碳納米復合材料,并通過特種工藝直接噴涂在玻璃上發(fā)熱。

  該技術屬于全球首創(chuàng),目前產品已實現(xiàn)產業(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展:獲得韓國2020年新技術—新產品認證大獎;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檢測,下一步將投建整條大規(guī)模生產線,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)孵化器引進的一家先進碳材料企業(yè)。走進弗能科技生產車間,記者看到了一排排整齊擺放的高溫氟化設備,幾名研發(fā)人員正緊張地盯著控制面板,關注著生產參數的變化,高溫反應爐內正在生產國家緊缺的功能性材料——氟化碳。“長期以來,該領域主要技術掌握在美、日等發(fā)達國家手里,我們有望率先實現(xiàn)該材料的國產化。”弗能科技有關負責人告訴記者。

  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)學和裝備電源等領域有廣闊應用前景。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,我國在該領域起步較晚,相關研究及產業(yè)結構缺失。

  瞄準新型氟化碳材料的規(guī)?;苽洌涍^多年技術攻關,弗能科技技術團隊形成具有我國自主知識產權的氟化碳規(guī)?;苽浼夹g,實現(xiàn)了核心材料國產化,滿足了新一代小型化、混合化、群體化、遠程化、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,完成功率氟化碳材料長程和局部結構、三維導電網絡構建等制備技術研究,突破現(xiàn)有高功率氟化碳材料高溫定向氟化制備技術。”弗能科技有關負責人透露,2021年,公司計劃投入2000萬元,建設年產5噸氟化碳及納米氟化碳生產線,實現(xiàn)氟化碳材料的國產化。

  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,可滿足電子產品、國防航天裝備、電力電纜不同應用場景的需求。”科炭有關負責人介紹說。

  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,也是保證電子設備正常運轉不可或缺的組件。

  然而,當前國內屏蔽材料性能低、產品單一,高端屏蔽材料依賴進口。因此,開發(fā)集質量輕、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)團隊創(chuàng)新性開發(fā)了擁有自主知識產權的抑制石墨烯堆垛和團聚技術、超薄屏蔽膜制備技術等核心關鍵技術,研制了石墨烯—活性碳復合材料、超薄石墨烯膜和高彈性多孔石墨烯膜等高效屏蔽材料。當前,公司載銀活性碳材料已陸續(xù)在飛利浦等廠家凈化產品上使用,柔性石墨烯屏蔽薄膜也將用于手機等電子通信產品。

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