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
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時間：2018-12-08 點擊次數(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)保型電動汽車市場份額和容量的擴(kuò)大，有望實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。中國航空工業(yè)北京航空材料研究所率先開發(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，也將給未來的航天飛行器帶來革命性的變化。

石墨烯在航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，中國航空工業(yè)集團(tuán)是中國在石墨烯領(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)開發(fā)出來。

航空材料科學(xué)院擁有成套的具有自主知識產(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)匹配問題。中國銅箔多層模具設(shè)計與裝配。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)計并制造了用于大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯連續(xù)膜（輥對輥設(shè)備）的化學(xué)氣相沉積（CVD）原理樣機(jī)。該設(shè)備可實現(xiàn)石墨烯薄膜無限長的連續(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)會說，為了提高傳統(tǒng)鋰電池的性能，在自行開發(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δ苊芏?、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，縮短了電池充電時間，提高了電池的壽命能量。

通過對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)對石墨烯納米片進(jìn)行了拉伸性能測試，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結(jié)合界面，沒有發(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比無石墨烯納米片的鋁合金高58%和25%，而鋁合金的伸長率沒有降低。

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，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特的制備工藝制備了超輕石墨烯纖維增韌膜，對c.合適的材料。航空工業(yè)航空材料研究所開發(fā)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和石油污染治理領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。通過對石墨烯納米片的改性和特殊的制備工藝，CAI開發(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。它專長于物理、化學(xué)、材料、技術(shù)、性能表征和評價等領(lǐng)域。它是一個跨學(xué)科、跨學(xué)科、高度集成的創(chuàng)新研究團(tuán)隊，有利于創(chuàng)新理念的碰撞和關(guān)鍵問題的智能化處理。為避免因科研人員按時應(yīng)用各種科技計劃而造成科研周期過長而失去科研機(jī)會。同時，中國航空工業(yè)也通過集團(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)先支持實驗室條件和手段。對石墨烯的研究，成立專門的支持小組，迅速建立和設(shè)備車間、工藝設(shè)備、原材料以及實驗室和生產(chǎn)線所需的試驗條件，確保基礎(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。隨著移動電話的領(lǐng)先應(yīng)用和市場投放，如果取得一些技術(shù)上的突破，預(yù)計將會是巨大的，不久就會大規(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)保型電動汽車市場份額和容量的擴(kuò)大，有望實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。osheet增強(qiáng)增韌樹脂基復(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)動機(jī)的發(fā)展，在不久的將來，可以形成大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。

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