中航工業(yè)北京航空材料研究院石墨烯研究取得突破性進展

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中航工業(yè)北京航空材料研究院石墨烯研究取得突破性進展

石墨烯因強度高、韌性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)而受到廣泛的關(guān)注，最近中航工業(yè)北京航空材料研究院在石墨烯用于凈化環(huán)境、鋰電池陽極材料、電線電纜和封裝材料方面取得突破性進展。

(1)超輕、強吸附的石墨烯宏觀體環(huán)境凈化材料

據(jù)本項目組負責(zé)人楊程博士介紹，研究團隊已研制出一系列可用于凈化環(huán)境的超輕、強吸附、高過濾的石墨烯海綿、石墨烯氣凝膠和石墨烯纖維多孔材料等石墨烯宏觀體材料。實驗結(jié)果表明：這些材料對甲醛、二氧化硫、氨氣等有毒有害氣體的吸附量大于100mg/g；對甲基藍、甲基橙、環(huán)己烷、四氯化碳等有機污染物的吸附量大于20g/g；對煙氣混合排放物典型成分(間苯二酚、檸檬醛、異戊酸、亞硝基二甲基胺、亞麻酸、吡啶等)的吸附量大于10g/g。石墨烯宏觀體密度均小于0.04g/cm3，可多次回收利用，在空氣凈化、油污處理、煙氣吸附領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。可以直接制成空氣過濾芯替代活性碳材料用于空氣凈化裝置；可以制備成吸油氈等用于海上油污處理；可以制備布袋除塵器或濕式除塵器濾芯用于煙道除塵凈化。

(2)石墨烯-鋰離子電池

針對鋰離子電池正極材料導(dǎo)電性差，Li+在充放電過程的嵌入、脫出能力差，電池溫度穩(wěn)定性差，尤其是低溫性能下降顯著等問題，本項目研究團隊采取特別的石墨烯納米片表面修飾和活化技術(shù)，突破石墨烯彎曲皺褶多孔結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)，通過石墨烯納米片、碳納米管和導(dǎo)電炭黑三元并用的方式，并突破石墨烯復(fù)合導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備技術(shù)，開發(fā)出超大比表面積、超高導(dǎo)電性能、超多活化點以及電導(dǎo)率可控、性能穩(wěn)定性好的石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料，并成功應(yīng)用于高能量密度和高功率密度的鋰離子電池正極材料，已陸續(xù)完成材料測評、考核驗證。石墨烯材料在鋰離子電池的成功應(yīng)用，將實現(xiàn)鋰離子電池以及清潔能源動力電池的升級跨代。

(3)石墨烯電線電纜

課題組基于先期在石墨烯鋁基、銅基和聚合物基等復(fù)合材料上的研究成果，突破石墨烯鋁導(dǎo)體設(shè)計及制備技術(shù)，制備出同時兼具鋁合金導(dǎo)線強度和純鋁電導(dǎo)率的新一代石墨烯鋁導(dǎo)線；突破石墨烯銅觸頭和石墨烯復(fù)合銅導(dǎo)線的設(shè)計及制備技術(shù)，有望在相同輸電能力前提下大幅降低高壓導(dǎo)線銅材用量；突破石墨烯半導(dǎo)電材料設(shè)計及制備技術(shù)，制備出了同心高壓導(dǎo)線用半導(dǎo)電屏蔽材料。以上原創(chuàng)性技術(shù)都已形成發(fā)明專利、材料標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)范等成套技術(shù)文件，為實現(xiàn)石墨烯技術(shù)在電線電纜材料上的系列化應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

(4)石墨烯電子封裝材料

王旭東博士研究團隊利用石墨烯材料高導(dǎo)熱的特點，通過在鋁合金復(fù)合材料中添加石墨烯納米片開發(fā)出了線膨脹系數(shù)可控的系列化的新一代高性能電子封裝材料。該材料的線膨脹系數(shù)(CET，25℃)在(9.0～16.0)×10-6℃-1可調(diào)，導(dǎo)熱系數(shù)(TC，25℃)>230W/(m·K)，三點彎曲強度大于500MPa。相比于Al-Si材料導(dǎo)熱性能提升1倍以上，強度提升90%，較Al-SiC材料導(dǎo)熱性能提升50%，且價格僅為Al-SiC的一半。可以廣泛應(yīng)用于有源相控陣?yán)走_T/R組件封裝材料和大功率IGBT底板材料的制備。