石墨烯,新材料“明星”有何神奇?

发稿时间: 2023-11-02 08:50 来源:人民日报海外版 作者: 2023-11-02
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今年中秋国庆假期,石墨烯电池成为两轮电动车市场新锐,为雅迪等行业头部品牌带来火爆销售额。不久前,浙江大学又研制出新型石墨烯电池,快充1.1秒即可充满电,频繁充电不影响使用寿命,用于智能手机时即使每天充电多次也能让电池使用几十年。被誉为新材料“明星”的石墨烯,是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,正在国民经济各领域发挥着重要作用。

石墨烯到底有何神奇之处?中国石墨烯产业涌现出哪些亮点?石墨烯将如何改变生产生活?记者在位于浙江省宁波市镇海区的国家石墨烯创新中心进行了实地探访。

“石墨烯是目前发现的最轻、最薄、最硬且柔性、透明、导电的材料。”国家石墨烯创新中心主任刘兆平介绍,石墨烯具有优异的导电性和导热性,载流子迁移率是硅的10倍,有望用于制造超高比能动力电池和超高频率芯片;其导热性能优于碳纳米管,有望成为电子产品的新一代导热散热材料;它的硬度超过金刚石,强度是钢的100倍,具有极高的透光率和比表面积,可用于柔性显示和海水淡化等领域;作为硅基芯片的一种可能替代路线,由石墨烯材料制造的“碳基芯片”展现出迷人前景。

工业和信息化部2015年公布的《中国制造2025重点领域技术路线图》指出,石墨烯材料集多种优异性能于一体,是主导未来高科技竞争的超级材料,广泛应用于电子信息、新能源、航空航天以及柔性电子等领域,可极大推动相关产业的快速发展和升级换代,市场前景巨大,有望催生产业规模千亿元。

具体应用方面,石墨烯在业界有哪些“用武之地”?据介绍,从石墨烯涂层防雾膜制成的护目镜,到应用于深海工程、海上风电的石墨烯防腐涂料,再到用石墨烯改性纤维制成的抗紫外、改善微循环和抑菌的纺织品……新材料“明星”均有良好表现。

石墨烯还可与铜箔、铜线等复合制成“超级铜”,其导电性能优于银。“如果全国10%的电机用上超级铜材料替换,那么全国一年可节省电能185亿千瓦时,约等于葛洲坝电站一年的发电量。”刘兆平说。

国家石墨烯创新中心副主任周旭峰介绍,中心研发的石墨烯铜基复合材料,具有比银更高的电导率,有望引领导电铜材的技术变革,突破电机能效提升瓶颈,驱动中国新一代高效能电机技术达到世界领先水平,满足交通运输与工业领域对于高端电机技术革新与国产化的需求,打造高效电力能源系统。

截至目前,随着多项技术成果转移转化,国家石墨烯创新中心已在宁波市镇海区孵化出柔碳电子、烯材暖科技等一批石墨烯电热元件开发和应用企业。刘兆平介绍,国家石墨烯创新中心依据国内石墨烯产业发展现状与趋势,从规模化制备、产业化应用、行业质量等三个方面制定了石墨烯产业技术路线图。“未来,中心将聚焦新能源、航空航天、海洋工程等重点领域,开展共性技术研发攻关,推进技术转移扩散和首次商业化,全力提升石墨烯产业技术创新能力。”刘兆平说。

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