石墨烯復合材料的未來

　　石墨烯以其優異的性能和獨特的二維結構成為材料領域研究熱點。6月2日下午，石墨烯公益沙龍暨青年科學家快樂足球邀請賽在惠山經濟開發區科創中心工會創業中心成功舉辦，來自國內各大高校及科研院所等單位的青年科學家、石墨烯行業的企業家、創投基金負責人齊聚一堂，參與了石墨烯沙龍交流及球場競技，活動氣氛熱烈。

　　被科學家預言將“徹底改變21世紀”的石墨烯，在復合材料領域將碰撞出怎樣的火花?石墨烯時代離我們有多遠?青年科學家如何推動石墨烯產業化應用?帶著這些問題，記者在會上專訪了中國石墨烯產業化應用領軍人物、中國國際石墨烯資源產業聯盟副秘書長、著名商業模式創新專家、大唐國際品牌咨詢集團董事長趙猛博士。

　　石墨烯+復合材料的無限可能

　　趙猛表示，作為可替代傳統材料成為最具工業開發價值的新材料，石墨烯具有高端應用與復合應用雙重優勢，“石墨烯+”是石墨烯商業化應用的形象概括，也是推動傳統產業創新轉型和升級換代的重要推手。

　　趙猛十分看好石墨烯在復合材料領域的應用。因為石墨烯是一種由碳原子組成的平面膜，只有一個碳原子厚度，幾乎完全透明。而石墨烯復合材料具有強度高、韌性好、導電、導熱性能優異等特性，具有廣闊的應用前景。其中石墨烯一個備受期待的貢獻就是改進鋰電池性能。據他介紹，在鋰電池中加入石墨烯復合導電粉末，充電更快、容量更大、壽命更長。這有望讓手機“秒沖”、電動汽車告別幾小時充電成為現實。

　　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，相同的原子結構也使得碳素高分子樹脂也最容易與石墨烯混合，達到理想的剛性，韌性與散熱性。在初步的實驗中，添加了千分之二點六的五層石墨烯，可以提高抗撞擊強度，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性能外，還具有優異的耐候性、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驗結果中也證實，石墨烯的產業應用最大的領域就是復合材料，因為復合材料的產業體量非常大，應用的范圍也非常廣泛，涉及航空航天、電子、船舶、新能源、環境凈化等領域，可以從軍用到民用，更可以與未來的新能源汽車，無人飛機，電動游艇的制造材料配合。

　　A.軍工制品

　　添加了石墨烯的復合材料可以大大增加材料的抗撞擊性，在部隊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.新能源汽車與電動卡丁車外觀件

　　石墨烯復合材料可代替金屬或玻璃鋼而應用于新能源汽車車輛殼體及其他部件，其優點是：質量輕，轉運、組裝更省力，并且可降低生產線上工人的勞動強度、降低車輛燃油消耗及提高車輛載荷量；投資小，生產周期短，見效快；車輛殼體可實現外觀自由設計，使其更加多樣化、個性化；著色性、電鍍性及抗老化性優異。因為石墨烯復合材料的制成工藝對于模具材質要求比較低，可以大大提高改裝制品的開發效率，同時也降低開發成本，真正實現車輛改裝的時尚化需求。在越野車以及北美皮卡車外觀裝飾件的開發上具有極大的市場前景跟成本優勢。

　　C.污水凈化槽

　　石墨烯復合材料材料以其一系列的優異性能引起了污水凈化槽應用領域的關注：可一步成型、生產效率高，屬于“環境友好材料”；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、不同厚度的且結構復雜的模塑產品；生產自動化程度高，降低了勞動力成本。

　　D.醫療設備

　　而石墨烯復合材料材料可制備質量輕、體積大及空間結構精確的醫療設備，而且產品導熱性低、電絕緣性高，添加一定的阻燃劑后，還可滿足國家對室內用塑料的阻燃要求。基于這些優異特性，石墨烯復合材料材料可為我國醫療設備的創新發展提供保障。

　　E.其他應用

　　石墨烯復合材料材料的低密度、高強度、高硬度、高耐沖擊性及優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，以及高強度、高抗沖擊能力、大面積的薄壁制件，如空投箱。優異的低溫特性(-50℃環境下材料不變脆)則使其可用于制造摩托雪橇。石墨烯復合材料材料還在體育器材、大型電器外殼及航空制造業等領域具有很好的應用前景。

　　F、環保優勢

　　近幾年，環境因素使一些發達國家對玻璃鋼產品的使用進行了嚴格的控制，而石墨烯復合材料則屬于“環境友好材料”，因為石墨烯復合材料的分子結構與煤油一致，所以石墨烯復合材料的廢料及廢棄產品在燃燒時，不產生包括二噁英在內的有害物質；產品不含RoHS標準下的六種特定的有害物質；產品不含任何導致內分泌紊亂的化學物質。發熱值是9,990 kcal/kg (煤油發熱值: 10,500 kcal/kg)用于水泥窖燃料。另外石墨烯復合材料也可以進行再生利用，石墨烯復合材料產品粉碎后可以作為熱塑性塑料 (如PP, PE等)的填料，生產窨井蓋，地下電纜保護箱等熱壓成型制品。國家環保政策的規范、公民環保意識的加強和市場認知度的提高為石墨烯復合材料制品的高速發展提供了契機。

　　趙猛指出，石墨烯時代已經來臨!今年是“十三五”規劃開局之年，石墨烯復合材料自主創新研究和應用將掀起新一輪的產業發展熱潮，促進相關產業的轉型升級。而隨著石墨烯與傳統各行各業的跨界融合日益提速，不僅將帶來新的產品形態、新的運營模式、也必將重塑現有的價值鏈，具有良好的經濟和現實意義。

　　從實驗室走向產業化的關鍵時期

　　如今，石墨烯儼然已成為新型材料界的“紅人”，國內石墨烯的相關產業的研發也是層出不窮。本次沙龍會上，青年科學家們就深入探討了石墨烯技術領域所面臨的機遇、挑戰及未來的發展方向，涉及內容的寬度和廣度充分展示了我國青年科學工作者在該領域所取得的最新進展及成果。對此，趙猛予以充分的肯定與嘉獎。

　　業界普遍認為，經過自主系統研發，生產技術、工藝裝備和產品質量取得重大突破，我國石墨烯復合材料正處于從實驗室走向產業化的關鍵時期。與此同時，趙猛也指出，雖然石墨烯復合材料的應用前景非常好，在研發方面也取得了諸多成就，但是我們也要客觀地看到當前阻礙石墨烯產業良性發展的一些因素，比如石墨烯價格高、石墨烯材料規模化制備關鍵性技術和成套裝備亟待完善、石墨烯材料應用開發嚴重滯后、國內研究偏向于理論基礎和相關科學問題、和產業化嚴重脫節，產業更新成本高等等。

　　趙猛認為，我國石墨烯材料的研發仍處于初級階段，離大規模應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重，缺乏統一長遠的發展規劃。他進一步呼吁青年科學家們在履行科學研究使命的同時，重視研究成果轉化為生產力，推動石墨烯從實驗室走向產業化，利用石墨烯材料開發適銷對路的新技術、新產品、新材料、新裝備，以真正提升新型工業化水平。

　　最后，趙猛總結道，石墨烯復合材料前景美好，“烯”望無限。當前引導石墨烯應用要從三方面著力：一是堅持石墨烯基礎研究和應用研究并舉，促進產業技術轉化，滿足高端產品制造需求；二是加強石墨烯應用體系創新，推動石墨烯復合材料實現規模化應用；三是推動石墨烯應用市場傳導，構建基于工業發展和民生消費的石墨烯科普宣傳平臺，刺激更多企業投資應用研發。而青年科學家作為石墨烯產業化研究主力，將引導我國石墨烯產業由技術創新邁入應用創新新階段，為構建戰略性新興產業與推動傳統產業轉型升級注入一股新鮮活力!