石墨烯納米片材料主體用于鋰電池正、負極材料，隨著環(huán)境保護電動車的市場占有率和容量擴大，預(yù)計實現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用指日可待。中航工業(yè)北京航空材料研究院首創(chuàng)“石墨烯增強金屬基納米復(fù)合材料”，不但發(fā)明了一類具有優(yōu)異性能的新型高端金屬基納米復(fù)合材料，該材料或還將對未來航空航天器帶來革命性變革。
 

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
 

　　石墨烯在航空航天領(lǐng)域有諸多應(yīng)用，而中國航空工業(yè)集團是中國在該領(lǐng)域的代表力量，故而其在石墨烯領(lǐng)域的進展往往較一般研發(fā)實體更為人所關(guān)注，他們?nèi)〉昧耸裁闯煽�，他們的研發(fā)體制是什么樣的，為此記者聯(lián)系采訪了中航工業(yè)北京航空材料研究院石墨烯研究團隊（下稱航材院）。

　　據(jù)航材院團隊成員介紹，目前它們具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的石墨烯納米片批量化制備的全套工藝技術(shù)及專用設(shè)備，建立了產(chǎn)能100噸/年的石墨烯納米片全自動化生產(chǎn)線，獲得4層以下的石墨烯納米片，單層率大于90%，并具有極大比表面積和良好的分散性。在此基礎(chǔ)上針對其在儲能、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用制備了多種功能化石墨烯，包括羥基化石墨烯、羧基化石墨烯、鍍銀石墨烯、鍍銅石墨烯、負載磁性粒子石墨烯、半導(dǎo)體雜化石墨烯等。開發(fā)了各類石墨烯宏觀體，包括石墨烯纖維、石墨烯海綿、石墨烯氣凝膠、石墨烯同軸納米線、石墨烯織物等。

　　航材院具備批量制備大尺寸、高質(zhì)量化學(xué)氣相沉積（CVD）石墨烯薄膜的完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全套制備技術(shù)及專用設(shè)備，突破了反應(yīng)源氣體與載氣壓配比、化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)室爐溫均勻性、轉(zhuǎn)移介質(zhì)和載體匹配性、目標(biāo)物與石墨烯薄膜兼容性等多項關(guān)鍵技術(shù)，解決了國產(chǎn)銅箔表面狀態(tài)匹配性和多層模具設(shè)計和裝配問題，提高了石墨烯薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量，獲得的石墨烯薄膜最大尺寸300mm×300mm，透光率93%以上，方塊電阻300-500歐，層數(shù)1-5層并可控，形成年產(chǎn)十萬片石墨烯薄膜（300mm×300mm）的生產(chǎn)能力。

　　此外，在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積（CVD）制備方法基礎(chǔ)上，通過集智攻關(guān)，設(shè)計制造出規(guī)�；�生產(chǎn)石墨烯連續(xù)薄膜的化學(xué)氣相沉積（CVD）原理樣機（Roll-to-roll設(shè)備），該設(shè)備可實現(xiàn)長度不限的石墨烯薄膜的連續(xù)工業(yè)化制備，為石墨烯薄膜規(guī)�；�生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

　　關(guān)于石墨烯材料在鋰電池中的應(yīng)用，航材院表示，在提升傳統(tǒng)鋰電池性能方面，基于自主研發(fā)、生產(chǎn)的易分散、大比表面積的高品質(zhì)石墨烯納米片，針對航空、航天和汽車領(lǐng)域?qū)Ω吣芰看鎯γ芏群透吖β拭芏入姵氐男枨�，研制了石墨烯改性LiFePO4/liMnPO4鋰離子電池正極材料和石墨烯改性鋰離子電池負極材料，組裝了石墨烯鋰離子電池典型測試試樣，石墨烯的添加顯著提高了鋰離子電池的能量密度和功率密度，減小了電池充電時間，提高了電池續(xù)航能力，石墨烯鋰離子電池展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)特性。

　　石墨烯在航空航天領(lǐng)域有廣闊前景，在這方面航材院收獲頗豐。

　　航材院團隊成員稱，基于鋁基石墨烯材料的研究，利用石墨烯高強、高模量的特性，以及航材院生產(chǎn)石墨烯粉末品質(zhì)高、比表面積大和易于分散的特點，成功研制出700MPa級別以上的石墨烯鋁基復(fù)合材料，以及彈性模量95GPa以上石墨烯鋁基復(fù)合型材。航材院首創(chuàng)“石墨烯增強金屬基納米復(fù)合材料”，不但發(fā)明了一類具有優(yōu)異性能的新型高端金屬基納米復(fù)合材料，該材料或還將對未來航空航天器帶來革命性變革。首次利用光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）等現(xiàn)代材料表征手段對石墨烯增強金屬基納米復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)進行表征，并測試其拉伸性能。結(jié)果表明：石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中，與基體形成良好的原子尺度結(jié)合界面，且石墨烯納米片與鋁合金基體未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并保留了原始的納米片結(jié)構(gòu)。例如，向鋁合金中添加質(zhì)量分數(shù)僅為0.3%的石墨烯納米片時，其屈服強度和抗拉強度分別達到322MPa和455MPa，較未添加石墨烯納米片的鋁合金分別提高58%和25%，且鋁合金的伸長率沒有降低。

　　在以上領(lǐng)域之外，航材院還有突破。譬如，航材院基于鋁基和鈦基石墨烯材料的研究基礎(chǔ)，利用石墨烯超高導(dǎo)熱的特性，以及航材院生產(chǎn)石墨烯粉末品質(zhì)高、比表面積大和易于分散的特點，充分發(fā)揮石墨烯導(dǎo)熱性能，在保證工藝性能和線膨脹要求的同時，成功研制出導(dǎo)熱率大于210 W/moK的石墨烯電子封裝材料，相比技術(shù)指標(biāo)提升一倍，彎曲強度提升3倍，彈性模量提升50%。

　　另外，石墨烯增強鋁、銅基納米復(fù)合材料在電線電纜導(dǎo)體上的應(yīng)用研究基于前期石墨烯增強鋁、銅基納米復(fù)合材料的研究基礎(chǔ)，針對航空、航天和電子等領(lǐng)域?qū)Τ�高頻射頻電纜、超高壓電纜和耐蝕電纜的需求，開展了石墨烯在電線和電纜領(lǐng)域的應(yīng)用研究，獲得了不同規(guī)格的石墨烯增強鋁、銅導(dǎo)線和電纜等典型樣件，石墨烯可以顯著提高電纜材料的強度、韌性和耐蝕等性能。

　　其次，在其他復(fù)合材料、環(huán)境凈化材料等方面的應(yīng)用，航材院采用一種獨特的制備技術(shù)，制備了超輕石墨烯纖維增韌膜，對復(fù)合材料的增強增韌具有極其顯著的效果；中航工業(yè)航材院研制出了一種強吸附、高過濾的石墨烯環(huán)境凈化材料，在空氣凈化、油污處理領(lǐng)域具有極強的應(yīng)用價值；中航工業(yè)航材院通過對石墨烯納米片改性，并通過特殊的制備工藝研制出了性能優(yōu)異的石墨烯/聚合物導(dǎo)電導(dǎo)熱材料，并制備了結(jié)構(gòu)功能一體化器件，在航空、航天、電子等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。

　　作為軍工集團下屬的研發(fā)機構(gòu)，航材院的研發(fā)體制與一般企業(yè)肯定有不同之處，據(jù)其介紹，航材院組建了跨單位、跨專業(yè)的石墨烯研究機構(gòu)——石墨烯及應(yīng)用研究中心。

　　航材院石墨烯中心按項目管理，建立了快速響應(yīng)機制，減少了管理層級。航材院石墨烯中心由30多名以博士為主的年輕科研人員組成研究團隊，專業(yè)涵蓋物理、化學(xué)、材料、工藝、性能表征與評價等多個領(lǐng)域，是一個跨學(xué)科、跨專業(yè)的高度融合的創(chuàng)新研究團隊，便于創(chuàng)新思想碰撞和集智攻關(guān)。航材院自籌經(jīng)費設(shè)立專項研發(fā)基金，為石墨烯專項研究提供必要的經(jīng)費支持，避免因科研人員按部就班申請各類科技計劃造成研究周期較長從而失去研究先機；同時中航工業(yè)也通過集團創(chuàng)新基金經(jīng)費傾斜，給航材院石墨烯專項研究提供了研究經(jīng)費補充。航材院在石墨烯研究的實驗室條件和手段方面給予優(yōu)先支持，成立專項保障組，快速建立和配備實驗室和生產(chǎn)線所需的廠房、工藝設(shè)備、原材料和測試條件，保證了基本的研究需要。

　　最后關(guān)于石墨烯技術(shù)的高端技術(shù)的規(guī)�；瘧�(yīng)用，航材院給出了自己的時間表：石墨烯薄膜替代摻錫氧化銦（ITO）作為下一代電子產(chǎn)品的高性能低成本透明導(dǎo)電薄膜，隨著手機領(lǐng)先應(yīng)用并投放市場，若取得一定技術(shù)突破，預(yù)計大規(guī)模上市不會太久。

　　石墨烯納米片材料主體用于鋰電池正、負極材料，隨著環(huán)境保護電動車的市場占有率和容量擴大，預(yù)計實現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用指日可待。石墨烯納米片改性金屬基復(fù)合材料作為輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料，以及石墨烯納米片增強增韌樹脂基復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)功能一體化材料，隨著下一代飛機和發(fā)動機的發(fā)展，在不久的將來，可以形成規(guī)�；�生產(chǎn)和應(yīng)用。