石墨烯将成为最具发展潜力高端产业用综合性功能复合材料

石墨烯将成为最具发展潜力高端产业用综合性功能复合材料

　　美国非织造布工业协会（INDA）近日在于法国图卢兹召开的第四届石墨烯国际会议上指出，石墨烯复合材料作为对未来发展具有重大决定意义的新材料，未来5年~10年内所带来的全球产业产值保守估计会超过1000亿美元，而石墨烯复合材料在产业用领域的应用产值将达到100亿美元，成为最具发展潜力的高端产业用综合性功能复合材料。
0 q$ R4 C- T3 y　　CPNC增强材料可进行自动修复
1 s/ F) `% c* k1 I4 u" K　　技术人员在CPNC中嵌入了一种生物可降解的自我修复成分，使其可以进行自动修复或者在使用过程中通过外部刺激标记所遇到的疲劳现象。
9 p; I$ }( k) x　　荷兰Colbond BV公司于2014年1月1日推出一款由剥离型石墨或膨胀石墨（EG）片材与纳米聚合物混合生产的石墨烯纳米复合结构增强材料CPNC。
% s& F7 c/ t/ _7 ^5 b　　根据已经公布的技术信息显示，Colbond BV公司石墨烯复合材料Drzal小组利用插层化合物剥离石墨，将天然片状石墨经过嵌入形成膨胀石墨（EG）制成纳米石墨烯薄片（NGP），然后通过非织造静电纺丝技术将石墨纳米薄片融入基底聚合物中制备成石墨烯纳米复合材料CPNC。
: i# \$ U6 s: C3 r, ~, ]# h8 o　　Drzal小组负责人Louis Daigneault在产品推荐会上指出，技术人员还在石墨烯纳米复合材料（CPNC）中嵌入了一种生物可降解的自我修复成分，使其可以进行自动修复或者在使用过程中通过外部刺激标记所遇到的疲劳现象，同时还不会造成任何环境污染。这一“神奇”的特性可以让CPNC材料用于汽车、飞行器、燃料电池、薄膜以及医疗设备的结构维护。
% t- U. q5 \4 l$ o' B/ O　　“根据石墨烯聚合物纳米复合材料CPNC开发过程中收集到的实验数据与设计准则显示，CPNC的多功能性使石墨烯复合材料产品的生命周期中进入了一个重要的阶段，”Louis Daigneault说，“CPNC增强材料不仅在机械性能上要优于单壁纳米管（SWNT）和多壁纳米管（MWNT）环氧树脂纳米复合材料，而且其具备较大的比表面积和机械效应也使产品的抗疲劳强度更优越。”
　　Eito实现对所有红外线保持高透明性
　　采用单个石墨烯制成的太阳能电池薄膜的能量转化率只有2.9%，而添加了TFSA添加剂之后的Eito导电膜可以帮助太阳能电池能量转化率突破8.6%。
  |' J% l* E% k$ c: Y: r　　日本富士电机控股株式会社今年3月份推出一款石墨烯太阳能电池用透明导电膜Eito。Eito透明导电膜最大的特性是可以实现对包括中远红外线在内的所有红外线的高透明性。尽管红外线占据了相当一部分的太阳辐射能量，但现有的大部分太阳能电池用薄膜都无法把红外线作为能量源有效利用，这是因为除了有效的光电转换本身不容易实现之外，迄今为止多用于透明电极的ITO和FTO，对红外线的透射率实际上也比较低，而Eito导电膜具备的独特性质则可以完成超过现有太阳能电池的转换效率。
; i* S' K8 ~  K- N* _8 j# ]7 z　　同时，研发人员在Eito导电膜中添加的TFSA添加剂和玻璃纤维可以使石墨烯纤维实现定向排列，保证原件在材料加热及模压过程中具备稳定良好的防氧化性能。Eito的膨胀程度可以达到原有厚度的6倍，密度将至仅为0.3g/cm3，此外，Eito导电膜的物理特性和力学特性均可通过改变石墨烯和玻璃纤维的配比得到控制，进而满足太阳能电池的需求。
　　富士电机控股株式会社技术顾问Asakura Megumi指出，此前仅采用单个石墨烯制成的太阳能电池薄膜的能量转化率最多只有2.9%，而添加了TFSA添加剂之后的Eito导电膜可以帮助太阳能电池能量转化率突破8.6%，这是全新的世界纪录，实在是妙不可言。
& T/ Z, [- v& }- }  l7 K5 X  ^) n　　此外，Asakura Megumi还强调到，石墨烯复合材料不同于传统的金属，它不但可以像金属材料一样弯曲，还可以同时保持透明状态，这样的特性足以令它成为太阳能电池中的重要组成部分。而Eito的推出有望实现将石墨烯复合材料薄膜推广到建筑物外墙和其他应用中，使太阳能用于照明、采暖等其他日常使用成为可能。
　　Delphi将薄膜厚度减小一个数量级
　　Delphi薄膜的厚度不到2纳米，大分子无法通过它，而小分子却可以，这项研究的突破在于将薄膜的厚度减小一个数量级，这也是分离技术的重大突破。
4 q& W0 y+ x& O/ ~　　美国Alcoa公司也在2014年年初推出了石墨烯过滤材料Delphi。这种薄膜拥有较高的渗透选择性——氢气和氦气能够轻易通过这种薄膜，而其他气体，例如二氧化碳、氧气、氮气、一氧化碳以及甲烷等通过的速度则要慢得多。研究者用硫酸或硝酸将石墨小片氧化，使其分离制成石墨烯不均匀混合的混合物，然后加水。在加水之后，利用声波降解法和离心分离技术，得到均匀的氧化石墨烯悬浮液。最后，通过简单的过滤，悬浮液被涂在氧化铝基质上，进而获得了新型过滤膜。“氢气的动力学直径为0.289纳米，二氧化碳的动力学直径是0.33纳米，虽然二者只相差0.44纳米，但这种差别足够产生不同的渗透效果，”Alcoa公司负责人Jackson说，“Delphi薄膜的厚度不到2纳米，就像一个空气筛子，大分子无法通过它，而小分子却可以。这项研究的突破在于将薄膜的厚度减小一个数量级，这也是分离技术的重大突破。”□ 康佳媛 编译，中国纺织报
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