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、導電導熱性能優(yōu)而受到廣泛的關注，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、煙氣吸附領域具有廣泛的應用前景?？梢灾苯又瞥煽諝膺^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，突破石墨烯彎曲皺褶多孔結構的制備技術，通過石墨烯納米片、碳納米管和導電炭黑三元并用的方式，并突破石墨烯復合導電結構的設計和制備技術，開發(fā)出超大比表面積、超高導電性能、超多活化點以及電導率可控、性能穩(wěn)定性好的石墨烯復合導電漿料，并成功應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合材料上的研究成果，突破石墨烯鋁導體設計及制備技術，制備出同時兼具鋁合金導線強度和純鋁電導率的新一代石墨烯鋁導線；突破石墨烯銅觸頭和石墨烯復合銅導線的設計及制備技術，有望在相同輸電能力前提下大幅降低高壓導線銅材用量；突破石墨烯半導電材料設計及制備技術，制備出了同心高壓導線用半導電屏蔽材料。以上原創(chuàng)性技術都已形成發(fā)明專利、材料標準和工藝規(guī)范等成套技術文件，為實現(xiàn)石墨烯技術在電線電纜材料上的系列化應用奠定了技術基礎。

(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熱的特點，通過在鋁合金復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材料導熱性能提升1倍以上，強度提升90%，較Al-SiC材料導熱性能提升50%，且價格僅為Al-SiC的一半?？梢詮V泛應用于有源相控陣雷達T/R組件封裝材料和大功率IGBT底板材料的制備。