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石墨烯靠什么上位材料界“网红”?

家纺时代
2017-02-17
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或许“石墨烯”可以给我们一个答案

“自2010年,物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授捧起诺贝尔物理学奖那一刻起,石墨烯一举成为举世瞩目的新材料。任正非也曾预言,未来 10 到 20 年,石墨烯时代将颠覆硅时代。”

中国现在正处于“石墨烯淘金热”中,石墨烯产业也越来越多,关于石墨烯的报道更是比比皆是,奉其为材料界“网红”毫不为过。那么,石墨烯是靠什么上位材料界“网红”的?中国石墨烯产业发展之路到底该怎么走?家纺行业又能否借此“东风”另辟蹊径?

石墨烯是什么?

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石墨烯是一种二维蜂窝状纯碳材料,集众多特性于一身,是一种具有优异电学性能、力学性能、热性能、光学性能和较高的比表面积的新型碳材料。虽然石墨很软,但是单层的石墨烯材料甚至比金刚石还硬。石墨烯还兼具柔性、透明等特性,而且只有质子能够穿透。石墨烯的热导率可达到5300W/mK。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,产业关联涉及新材料、能源、环境、纺织品、航空航天、国防等领域。

石墨烯能用在哪?

据相关材料显示,目前石墨烯的应用分为重应用和轻应用两种,重应用需要大量资金的投入和较长周期的开发,从而根本上借助石墨烯单层原子优势替代传统材料,比如石墨烯在电池、半导体芯片等领域的应用,但这类应用受限于目前的技术和产量无法迅速普及,大多还停留在实验室阶段。而石墨烯的轻应用是面向民用的、可以快速实现产品化并能够给消费者带来较高性价比的应用,比如石墨烯发热和过滤。

值得一提的是,目前已有企业将石墨烯应用到纺织领域。近年来,石墨烯在纺织领域的应用日益广泛,石墨烯制备高性能纺织纤维及进行纺织品功能整理也渐成行业研究热点。

石墨烯有何“神奇”之处?

石墨烯具有优异的抗菌性能、低温远红外功能,将石墨烯整理到织物上,即可制备抗菌织物。相对于传统的无机、有机抗菌剂,石墨烯基本没有细胞毒性,更适合与人体皮肤直接接触,具有亲肤养肤的作用。

此外,石墨烯还是目前电阻率最小的材料,将石墨烯与织物结合,可制备优异的抗静电、电磁屏蔽或者导电织物,可以应用于特殊行业,制备出具有优异抗静电性能的采矿职业服面料。

那么,石墨烯织物是什么呢?石墨烯织物是指石墨烯材料与普通纺织品有效结合,在保持纺织品各项基本性能的同时,具有石墨烯某一种或几种独特性质的纺织产品。石墨烯纺织品在导电、防辐射、防紫外线、抗菌、特殊防护和智能织物等领域都有巨大的应用前景。

据了解,目前已有家纺企业开始将石墨烯进行产业化应用,并成功制造出集超强低温远红外、抗菌抑菌等多种功能于一身的石墨烯健康产品,在改善微循环、促进新陈代谢方面起到了至关重要的作用。此外,除菌袜品、功能内衣、助眠烯枕等各大系列产品,均受到部分消费者的青睐。

据业内人士透漏,石墨烯在智能纺织品领域也大有发展。之所以选择将石墨烯应用到智能纺织领域是看重了石墨烯良好的导热性,由于石墨烯的电热转换效能可达 99%,与其他发材料相比有绝对的优势;其次,传统的电阻丝发热,容易发生短路着火、遇水联电不安全、人体舒适感低等情况。把石墨烯嵌入到纤维结构,捻线织成的布可支持 3.7V 安全电压,并可根据情况通过 APP 控制升温速度及温度。就用户体验来讲,提升了安全性及舒适度。除了发热速度快之外,其在发热均匀度、发热效率方面比碳纤维和电阻丝要优秀一些。而作为石墨烯纺织物的柔软、不怕折叠、可水洗的特性就更胜一筹。

石墨烯纺织品行情如何?

可以说,目前石墨烯产业的大环境火爆且浮躁,产业化应用还有很大空间。在其他重应用还未成型的前提下,这不失为是对石墨烯一种新的应用。不过,石墨烯的价格虽然在2015年骤降,但相对其他纺织原料来说还是奢侈品,如果大范围的应用在衣服上,成本就是必须考虑的问题。

值得一提都是,2015年底某品牌自主研发的一款带有加热功能的“石墨烯智能披肩”登陆京东众筹,最终以519万的金额收官,近6000人参与了活动。这款披肩以石墨烯作为发热载体,通过APP进行温控,5V安全电压供电,使用方便,安全可控。

很多人问石墨烯究竟能走多远,对此,有专家给出三种假设:

第一种类似于碳纤维。相信只要石墨烯原材料制造水平不断提升,至少会像碳纤维那样,成为某个特定行业的杀手锏级材料。

第二种类似于塑料。一百多年前人们发明了塑料,现在你离不开它,我们难以想象没有塑料的生活是什么样子。石墨烯有没有这样的可能呢?

第三种类似于硅芯片。可以说现在是硅时代,因为硅改变了人类的精神生活。石墨烯或许也有这个可能。

若问石墨烯未来走势如何,有人说碳纤维研发历史对此很有借鉴意义。实际上,早年的碳纤维只能做钓鱼杆,而现在的碳纤维已成为先进航空器的支撑材料。同样叫碳纤维,但强度完全不一样。相信石墨烯材料也会走同样的路,只是需要时间的积淀,需要持续的投入,更需要耐心。

(本文部分内容及观点源自“刘忠范院士在‘2016中国国际碳材料大会’演讲内容”及“新材料在线”。)

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