石墨烯從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化 復(fù)合材料有無限未來

    石墨烯復(fù)合材料最具工業(yè)開發(fā)價(jià)值，擁有雙重優(yōu)勢(shì)，也擁有無限的可能性。石墨烯應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室走向行業(yè)市場，而如今也是石墨烯從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期，在行業(yè)的道路上充滿了危機(jī)和挑戰(zhàn)。
　石墨烯以其優(yōu)異的性能和獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)成為材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。6月2日下午，石墨烯公益沙龍暨青年科學(xué)家快樂足球邀請(qǐng)賽在惠山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)科創(chuàng)中心工會(huì)創(chuàng)業(yè)中心成功舉辦，來自國內(nèi)各大高校及科研院所等單位的青年科學(xué)家、石墨烯行業(yè)的企業(yè)家、創(chuàng)投基金負(fù)責(zé)人齊聚一堂，參與了石墨烯沙龍交流及球場競技，活動(dòng)氣氛熱烈。　　
    被科學(xué)家預(yù)言將“徹底改變21世紀(jì)”的石墨烯，在復(fù)合材料領(lǐng)域?qū)⑴鲎渤鲈鯓拥幕鸹?石墨烯時(shí)代離我們有多遠(yuǎn)?青年科學(xué)家如何推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?帶著這些問題，記者在會(huì)上專訪了中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)軍人物、中國國際石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長、著名商業(yè)模式創(chuàng)新專家、大唐國際品牌咨詢集團(tuán)董事長趙猛博士。
　石墨烯 復(fù)合材料的無限可能
　趙猛表示，作為可替代傳統(tǒng)材料成為最具工業(yè)開發(fā)價(jià)值的新材料，石墨烯具有高端應(yīng)用與復(fù)合應(yīng)用雙重優(yōu)勢(shì)，“石墨烯 ”是石墨烯商業(yè)化應(yīng)用的形象概括，也是推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型和升級(jí)換代的重要推手。
　趙猛十分看好石墨烯在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。因?yàn)槭┦且环N由碳原子組成的平面膜，只有一個(gè)碳原子厚度，幾乎完全透明。而石墨烯復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異等特性，具有廣闊的應(yīng)用前景。其中石墨烯一個(gè)備受期待的貢獻(xiàn)就是改進(jìn)鋰電池性能。據(jù)他介紹，在鋰電池中加入石墨烯復(fù)合導(dǎo)電粉末，充電更快、容量更大、壽命更長。這有望讓手機(jī)“秒沖”、電動(dòng)汽車告別幾小時(shí)充電成為現(xiàn)實(shí)。
　趙猛表示，在所有的工程塑料中，碳素高分子樹脂的綜合物性是最好的，相同的原子結(jié)構(gòu)也使得碳素高分子樹脂也最容易與石墨烯混合，達(dá)到理想的剛性，韌性與散熱性。在初步的實(shí)驗(yàn)中，添加了千分之二點(diǎn)六的五層石墨烯，可以提高抗撞擊強(qiáng)度，剛性35%。而添加了石墨烯的碳素高分子樹脂材料除了擁有高力學(xué)性能外，還具有優(yōu)異的耐候性、耐磨性、表面涂飾性、電絕緣性、耐酸堿性及防水性。
　在工程塑料改性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中也證實(shí)，石墨烯的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最大的領(lǐng)域就是復(fù)合材料，因?yàn)閺?fù)合材料的產(chǎn)業(yè)體量非常大，應(yīng)用的范圍也非常廣泛，涉及航空航天、電子、船舶、新能源、環(huán)境凈化等領(lǐng)域，可以從軍用到民用，更可以與未來的新能源汽車，無人飛機(jī)，電動(dòng)游艇的制造材料配合。
　A.軍工制品
　添加了石墨烯的復(fù)合材料可以大大增加材料的抗撞擊性，在部隊(duì)裝備上有很大的用武之地，包括空投箱，子彈箱，更可以廣泛應(yīng)用在裝甲車輛上，替代鋼鐵部件，還可以制作防彈頭盔，防彈背心;登陸艦艇，從而滿足輕量化，抗撞擊，防彈的特殊要求。
　B.新能源汽車與電動(dòng)卡丁車外觀件
　石墨烯復(fù)合材料可代替金屬或玻璃鋼而應(yīng)用于新能源汽車車輛殼體及其他部件，其優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝更省力，并且可降低生產(chǎn)線上工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、降低車輛燃油消耗及提高車輛載荷量;投資小，生產(chǎn)周期短，見效快;車輛殼體可實(shí)現(xiàn)外觀自由設(shè)計(jì)，使其更加多樣化、個(gè)性化;著色性、電鍍性及抗老化性優(yōu)異。因?yàn)槭?fù)合材料的制成工藝對(duì)于模具材質(zhì)要求比較低，可以大大提高改裝制品的開發(fā)效率，同時(shí)也降低開發(fā)成本，真正實(shí)現(xiàn)車輛改裝的時(shí)尚化需求。在越野車以及北美皮卡車外觀裝飾件的開發(fā)上具有極大的市場前景跟成本優(yōu)勢(shì)。
　C.污水凈化槽
　石墨烯復(fù)合材料材料以其一系列的優(yōu)異性能引起了污水凈化槽應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注：可一步成型、生產(chǎn)效率高，屬于“環(huán)境友好材料”;卓越的耐腐蝕性保證了其較長的使用壽命;高強(qiáng)度保證了其可承受足夠的水壓，可制備大型的、不同厚度的且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模塑產(chǎn)品;生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，降低了勞動(dòng)力成本。
　D.醫(yī)療設(shè)備
　而石墨烯復(fù)合材料材料可制備質(zhì)量輕、體積大及空間結(jié)構(gòu)精確的醫(yī)療設(shè)備，而且產(chǎn)品導(dǎo)熱性低、電絕緣性高，添加一定的阻燃劑后，還可滿足國家對(duì)室內(nèi)用塑料的阻燃要求?；谶@些優(yōu)異特性，石墨烯復(fù)合材料材料可為我國醫(yī)療設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展提供保障。
　E.其他應(yīng)用
　石墨烯復(fù)合材料材料的低密度、高強(qiáng)度、高硬度、高耐沖擊性及優(yōu)異的耐腐蝕性使其可用于制造大型垃圾箱，替代木材制備載荷量更大、使用更耐久的物流托盤，以及高強(qiáng)度、高抗沖擊能力、大面積的薄壁制件，如空投箱。優(yōu)異的低溫特性(-50℃環(huán)境下材料不變脆)則使其可用于制造摩托雪橇。石墨烯復(fù)合材料材料還在體育器材、大型電器外殼及航空制造業(yè)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　F、環(huán)保優(yōu)勢(shì)
　近幾年，環(huán)境因素使一些發(fā)達(dá)國家對(duì)玻璃鋼產(chǎn)品的使用進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，而石墨烯復(fù)合材料則屬于“環(huán)境友好材料”，因?yàn)槭?fù)合材料的分子結(jié)構(gòu)與煤油一致，所以石墨烯復(fù)合材料的廢料及廢棄產(chǎn)品在燃燒時(shí)，不產(chǎn)生包括二噁英在內(nèi)的有害物質(zhì);產(chǎn)品不含RoHS標(biāo)準(zhǔn)下的六種特定的有害物質(zhì);產(chǎn)品不含任何導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂的化學(xué)物質(zhì)。發(fā)熱值是9,990kcal/kg(煤油發(fā)熱值:10,500kcal/kg)用于水泥窖燃料。另外石墨烯復(fù)合材料也可以進(jìn)行再生利用，石墨烯復(fù)合材料產(chǎn)品粉碎后可以作為熱塑性塑料(如PP,PE等)的填料，生產(chǎn)窨井蓋，地下電纜保護(hù)箱等熱壓成型制品。國家環(huán)保政策的規(guī)范、公民環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)和市場認(rèn)知度的提高為石墨烯復(fù)合材料制品的高速發(fā)展提供了契機(jī)。
　趙猛指出，石墨烯時(shí)代已經(jīng)來臨!今年是“十三五”規(guī)劃開局之年，石墨烯復(fù)合材料自主創(chuàng)新研究和應(yīng)用將掀起新一輪的產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱潮，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。而隨著石墨烯與傳統(tǒng)各行各業(yè)的跨界融合日益提速，不僅將帶來新的產(chǎn)品形態(tài)、新的運(yùn)營模式、也必將重塑現(xiàn)有的價(jià)值鏈，具有良好的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。
　從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期
　如今，石墨烯儼然已成為新型材料界的“紅人”，國內(nèi)石墨烯的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)也是層出不窮。本次沙龍會(huì)上，青年科學(xué)家們就深入探討了石墨烯技術(shù)領(lǐng)域所面臨的機(jī)遇、挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展方向，涉及內(nèi)容的寬度和廣度充分展示了我國青年科學(xué)工作者在該領(lǐng)域所取得的最新進(jìn)展及成果。對(duì)此，趙猛予以充分的肯定與嘉獎(jiǎng)。
　業(yè)界普遍認(rèn)為，經(jīng)過自主系統(tǒng)研發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和產(chǎn)品質(zhì)量取得重大突破，我國石墨烯復(fù)合材料正處于從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期。與此同時(shí)，趙猛也指出，雖然石墨烯復(fù)合材料的應(yīng)用前景非常好，在研發(fā)方面也取得了諸多成就，但是我們也要客觀地看到當(dāng)前阻礙石墨烯產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的一些因素，比如石墨烯價(jià)格高、石墨烯材料規(guī)?；苽潢P(guān)鍵性技術(shù)和成套裝備亟待完善、石墨烯材料應(yīng)用開發(fā)嚴(yán)重滯后、國內(nèi)研究偏向于理論基礎(chǔ)和相關(guān)科學(xué)問題、和產(chǎn)業(yè)化嚴(yán)重脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)更新成本高等等。
   趙猛認(rèn)為，我國石墨烯材料的研發(fā)仍處于初級(jí)階段，離大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路要走，尤其是目前石墨烯研究各自為研情況嚴(yán)重，缺乏統(tǒng)一長遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃。他進(jìn)一步呼吁青年科學(xué)家們?cè)诼男锌茖W(xué)研究使命的同時(shí)，重視研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，推動(dòng)石墨烯從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，利用石墨烯材料開發(fā)適銷對(duì)路的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料、新裝備，以真正提升新型工業(yè)化水平。
　最后，趙猛總結(jié)道，石墨烯復(fù)合材料前景美好，“烯”望無限。當(dāng)前引導(dǎo)石墨烯應(yīng)用要從三方面著力：一是堅(jiān)持石墨烯基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并舉，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化，滿足高端產(chǎn)品制造需求;二是加強(qiáng)石墨烯應(yīng)用體系創(chuàng)新，推動(dòng)石墨烯復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用;三是推動(dòng)石墨烯應(yīng)用市場傳導(dǎo)，構(gòu)建基于工業(yè)發(fā)展和民生消費(fèi)的石墨烯科普宣傳平臺(tái)，刺激更多企業(yè)投資應(yīng)用研發(fā)。而青年科學(xué)家作為石墨烯產(chǎn)業(yè)化研究主力，將引導(dǎo)我國石墨烯產(chǎn)業(yè)由技術(shù)創(chuàng)新邁入應(yīng)用創(chuàng)新新階段，為構(gòu)建戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)注入一股新鮮活力!