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加点石墨烯,这些产品变“神奇”

科技日报发布时间:2021-04-07 09:24:12

  能发热的玻璃长椅、可屏蔽电磁辐射的薄膜……

  石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料,它轻如空气,又坚比钢铁。有了石墨烯,可弯曲折叠的屏幕、更薄更耐用的电池、更小的处理器都不再是幻想。

  石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构新材料,它轻如空气,又坚比钢铁,以其优异的导电性、透光性和强韧度,将在电子、能源、环境等多个领域发挥非常大的应用潜力。

  有了石墨烯,可弯曲折叠的屏幕、更薄更耐用的电池、更小的处理器都不再是幻想。记者4月1日走访厦门石墨烯孵化基地发现,一批打破国际垄断、填补空白、具备核心技术的企业,基于石墨烯研发出发热长椅、航天器电池、碳基净化材料,逐渐成长为石墨烯产业界的“参天大树”。

  新型碳纳米复合材料 在寒冷天气给你热炕头的温暖

  在厦门中易宏普纳米科技有限公司(以下简称中易宏普),技术人员坐在公司自主研发的石墨烯玻璃发热长椅上,这种长椅可以喷涂各种图案,将广泛应用在城市里主要的公交车站、公园、旅游景点等场所。

  “石墨烯玻璃发热长椅不但可以发热,而且节约能耗、抗菌。冬季寒冷天气人们坐上去会享受到北方热炕头的温暖。”中易宏普有关负责人介绍说。

  石墨烯产业被我国列为“先导产业”,正引领着新一轮的科技革命与产业变革。当前,石墨烯发热产品主要依靠发热薄膜发热。然而,薄膜本身是一种塑料产品,因此在受热的过程中,会产生热胀冷缩反应导致寿命短、性能衰减及耗电增加等问题。

  “我们发现石墨烯和碳纳米管都是碳元素的同素异形体,都拥有各自的神奇特性。石墨烯作为片状结构,在横向上的超导性能十分优越,而碳纳米管正好相反,在纵向上的超导性能可与石墨烯形成互补。”中易宏普有关技术人员告诉记者,研究人员将两者进行有效的结合,形成了超导性能更加卓越的新型碳纳米复合材料,并通过特种工艺直接喷涂在玻璃上发热。

  该技术属于全球首创,目前产品已实现产业化。落地厦门火炬石墨烯孵化器短短一年间,中易宏普便取得了一系列重要进展:获得韩国2020年新技术—新产品认证大奖;石墨烯渗透锌粉重防腐涂料在国家航材院完成了各项相关检测,下一步将投建整条大规模生产线,为科研院所提供石墨烯渗透锌粉重防腐涂料。

  功能性材料氟化碳 让锂电池兼顾“双高”性能

  厦门弗能科技有限公司(以下简称弗能科技)是厦门火炬石墨烯新材料专业孵化器引进的一家先进碳材料企业。走进弗能科技生产车间,记者看到了一排排整齐摆放的高温氟化设备,几名研发人员正紧张地盯着控制面板,关注着生产参数的变化,高温反应炉内正在生产国家紧缺的功能性材料——氟化碳。“长期以来,该领域主要技术掌握在美、日等发达国家手里,我们有望率先实现该材料的国产化。”弗能科技有关负责人告诉记者。

  氟化碳是目前世界上理论能量密度最高的原电池固态正极材料,在电子器件、生物医学和装备电源等领域有广阔应用前景。合成氟化碳具有一定的危险性,国际主流的氟化碳材料难以兼顾“能量密度高”和“功率密度高”两项“双高”要求,我国在该领域起步较晚,相关研究及产业结构缺失。

  瞄准新型氟化碳材料的规模化制备,经过多年技术攻关,弗能科技技术团队形成具有我国自主知识产权的氟化碳规模化制备技术,实现了核心材料国产化,满足了新一代小型化、混合化、群体化、远程化、智能化航天装备对“双高”锂电池的需求。

  “目前,企业已完成700多平方米的研发实验室建设,完成功率氟化碳材料长程和局部结构、三维导电网络构建等制备技术研究,突破现有高功率氟化碳材料高温定向氟化制备技术。”弗能科技有关负责人透露,2021年,公司计划投入2000万元,建设年产5吨氟化碳及纳米氟化碳生产线,实现氟化碳材料的国产化。

  石墨烯电磁屏蔽薄膜 抑制5G时代电磁干扰和辐射

  在偌大宽敞的研发车间,科炭(厦门)新材料有限公司(以下简称科炭)的研发工程师们紧张有序地忙碌着,新型碳基材料的生产线上,一桶桶高纯度的氧化石墨烯浆料、一盒盒新型石墨烯电磁屏蔽薄膜材料有序地输送到车间外……

  “这是高效石墨烯屏蔽材料系列,具有轻薄、柔韧可折叠、耐燃耐腐蚀等显著优势,可满足电子产品、国防航天装备、电力电缆不同应用场景的需求。”科炭有关负责人介绍说。

  5G时代来临,新一代高度集成、高功率和高频电子器件数量急剧增加,电磁干扰和辐射问题日益突出。开发高性能电磁屏蔽材料是抑制电磁干扰和污染的重要手段,也是保证电子设备正常运转不可或缺的组件。

  然而,当前国内屏蔽材料性能低、产品单一,高端屏蔽材料依赖进口。因此,开发集质量轻、厚度小、柔韧性好、屏蔽性能优于一体的新型电磁屏蔽材料迫在眉睫。

  为此,科炭研发团队创新性开发了拥有自主知识产权的抑制石墨烯堆垛和团聚技术、超薄屏蔽膜制备技术等核心关键技术,研制了石墨烯—活性碳复合材料、超薄石墨烯膜和高弹性多孔石墨烯膜等高效屏蔽材料。当前,公司载银活性碳材料已陆续在飞利浦等厂家净化产品上使用,柔性石墨烯屏蔽薄膜也将用于手机等电子通信产品。

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