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TUhjnbcbe - 2024/5/8 18:19:00
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厚度仅为头发丝的20万分之一,是世界上已知的最薄、最轻、最强的材料,被称为“新材料之王”。它,就是石墨烯。石墨烯具有优异的力学性能——已知材料中强度和硬度最高,其抗拉强度和弹性模量分别为Gpa和1.1TPa,理想状态下约为普通钢的倍。石墨烯还具有高导电性、高导热性、高透光性等优良特性。虽然目前的技术水平还不能将石墨烯薄膜直接复合,在保持其特性不变的情况下使用,但将石墨烯与其他材料复合,仍可显著地改善其它材料的性能。我国航材院已系统掌握了高品质石墨烯制备及应用的关键技术,在国际上首次提出了石墨烯隐身材料、防弹材料、增强金属材料、电子封装材料、石墨烯铝导线材料等,形成了40余种新型石墨烯复合金属或非金属材料,这将加速传统材料的升级换代,从而推动军用装备制造的换代发展。航材院曾将一定质量百分数的石墨烯掺杂进航空铝合金,显著提高了铝合金的硬度和强度,这对军用飞机减重有重要意义;利用石墨烯材料高导热的特点,航材院在铝合金复合材料中添加石墨烯纳米片,开发出了线膨胀系数可控的系列化的新一代高性能电子封装材料。可满足有源相控阵雷达T/R组件封装和大功率IGBT底板制备等军民用需求;航空航天常用到钛合金材料,其机械性能好,可承受较高温度,但其导热性能不够高,以往是在设备上增加很多强散热机械结构——而在钛合金中掺杂石墨烯,除提高钛合金力学性能外,还可让散热性能提高%左右,解决很多热力学问题。利用石墨烯材料的吸附特性,航材院研制出一系列石墨烯海绵、石墨烯气凝胶和石墨烯纤维多孔材料等超轻、强吸附、高过滤的石墨烯宏观体,对有毒有害气、雾的吸附能力强,可多次回收利用。其可制成空气过滤芯替代活性碳材料用于空气净化;可制备成吸油毡等用于海上油污处理;可制备布袋除尘器或湿式除尘器滤芯用于烟道除尘净化等。这类材料在空气净化、油污处理、烟气吸附、核生化防护等领域应用前景广泛。利用石墨烯优异的导电性和导热性,航材院开发出超大比表面积、超高导电性能、超多活化点以且电导率可控、性能稳定性好的复合导电浆料,作为关键电极(正极)材料应用于锂离子电池,使锂离子电池内阻、工作温升大幅降低,从而实现了快速充放电和长寿命的兼得。检测结果显示,在同等条件下,该电池充电时间仅为普通锂离子电池的1/10,使用寿命却是5倍,还有效抑制了发热问题。该电池将在军用车辆、航空航天、通信等领域发挥较大作用。石墨烯具有独特的载流子特性——其电子迁移率较高,约为硅的倍,砷化镓的20倍,温度稳定性好,用作半导体材料也很合适。例如:石墨烯可用于制作大功率半导体器件,如各类晶体管、集成电路和有源阵列雷达所用的T/R组件等。若用于有源相控阵雷达,理论上可比现有采用砷化镓或氮化镓材料的T/R组件,在功率密度方面提高较大幅度,尤其适用于发射波长较短的微波和毫米波等雷达。另外,石墨烯在导电性优秀的同时,还具有高透光性和一定卷曲柔性,可用于柔性触摸式显示屏,替代ITO导电膜。这对于军民用新一代显示设备而言绝对是个好消息。
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