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石墨烯“隐形铠甲”,守护机械“健康”

编辑:admin 时间:2019-04-29

  运用高分子合成石墨烯,均匀分散在润滑油之中,再利用石墨烯表面官能团,吸附在金属表面……此时,这些金属制品就像穿上了一层“隐形铠甲”,即使遇到“强硬”的对手也不会伤痕累累了。

  近日,位于苏州工业园区的高通新材料科技有限公司与中国制造业500强企业——柳工集团达成合作,一种新型石墨烯材料,将与传统润滑油一起添加到柳工集团的机械产品中,成为机械产品的“保护神”。

  石墨烯作为目前发现的厚度最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型材料,被科学家称为“新材料之王”。如何让它的一身本领施展出来,成为科学家和各大企业争相研究的超级热点。苏州高通新材料科技有限公司用独创的化学合成法制备出新型石墨烯材料,成为高端应用的典范。

  不完美的“新材料之王”

  距离石墨烯结缘诺贝尔奖不到九年,被寄予厚望的“新材料之王”,却逐渐陷入了尴尬的“无用论”争议境地。究其根源,正是石墨烯的一些特性“闯了祸”。

  结构完整的石墨烯化学稳定性高,表面呈惰性状态,使其难溶于水及常用的有机溶剂,与其他介质的相互作用较弱,并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力,容易产生聚集,这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难。

  同时,界面问题影响着石墨烯功能的发挥。石墨烯虽然可以和不少材料结合,但是结合的程度不同,石墨烯性能发挥的也不同。

  除此以外,很多企业在生产石墨烯下游产品时,将目光聚焦在涂料防腐、导电发热、纤维织物等方向,然而这些产品中添加的石墨烯都具有可替代性,并不能有效体现石墨烯的特有性能。

  “这些产品中添加的石墨烯更像是一种噱头,并不能真的发挥石墨烯的特殊性能。”高通公司总经理蒋永华道出了自己的观察。他认为,目前国内各种石墨烯应用产品层出不穷,但是体现高附加值和石墨烯独特性能的产品却是凤毛麟角。

  新技术带领企业突出重围

  近年来,高通公司通过从石油化工、天然气、煤化工等行业获取原材料,以化学合成法制备石墨烯产品,在中国、日本、欧盟、韩国等国家和地区拿到专利授权……

  “在当下很多企业在低端产品争抢石墨烯红利之时,我们已在石墨烯的高端应用领域大有斩获。”蒋永华表示,国际上有很多企业都在生产石墨烯,但能生产结构“零缺陷”的高品质石墨烯的企业却可谓少之又少,“我们另辟蹊径,基于原创的化学合成法,融合了化学气相沉积法和石墨烯粉体制备两者的优势,制备出了高分散性、高稳定性、低成本的功能化石墨烯,最大限度地发挥了石墨烯的独特性,与下游应用的‘迫切需求’准确对接”。

  同时,高通公司的制备原料有别于常规的石墨,不仅来源比石墨广,还能通过技术合成来提升石墨烯的性能。

  在花了几年时间潜心开发、探索了几十个方向后,高通公司最终将重点聚焦在了新型碳素材料、硅碳负极、润滑油添加剂等技术领域。

  通过创新工艺,在单一碳材料中引入功能化石墨烯,高通公司历时3年突破关键技术难题,制备出了拥有自主知识产权的新型碳素材料。该项目制备技术和产品性能达到国际先进水平,填补了国内空白,打破了国外公司长期垄断的高端市场。

  这些新型石墨烯广泛应用于燃料电池双极板、航空航天密封件、军工、核电等高端行业,也应用于3C电子行业、汽车行业、机械行业等传统行业。

  蒋永华告诉记者,硅碳负极材料是新能源汽车的一大利器。硅的能量密度是现有锂电池用负极材料石墨的10倍以上,但是,硅在使用中出现了一些亟待解决的问题,其中硅在反应中出现的体积膨胀问题最为明显。

  研究人员运用功能化石墨烯包覆有机硅再烧结工艺,制备了颗粒均匀,以单质硅形式存在的硅碳复合材料,完美解决了硅在反应中的膨胀问题,大大提高了电池的循环寿命。且各项性能匹敌纳米氧化亚硅材料,成本还降低2/3。

  在润滑油中,石墨烯同样可以大展身手。运用高分子合成的石墨烯具备很好的分散性,其表面有很多官能团,可以轻易嫁接其他相亲的材料。蒋永华说,这种石墨烯可以在润滑油中长期稳定存在,使原本普通的润滑油具备了更好的耐磨和降噪功能,更能守护机械“健康”。

科技日报 记者 张 晔 实习生 何彩俪 

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