運(yùn)用高分子合成石墨烯，均勻分散在潤(rùn)滑油之中，再利用石墨烯表面官能團(tuán)，吸附在金屬表面……此時(shí)，這些金屬制品就像穿上了一層“隱形鎧甲”，即使遇到“強(qiáng)硬”的對(duì)手也不會(huì)傷痕累累了。

近日，位於蘇州工業(yè)園區(qū)的高通新材料科技有限公司與中國(guó)制造業(yè)500強(qiáng)企業(yè)——柳工集團(tuán)達(dá)成合作，一種新型石墨烯材料，將與傳統(tǒng)潤(rùn)滑油一起添加到柳工集團(tuán)的機(jī)械產(chǎn)品中，成為機(jī)械產(chǎn)品的“保護(hù)神”。

石墨烯作為目前發(fā)現(xiàn)的厚度最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型材料，被科學(xué)家稱為“新材料之王”。如何讓它的一身本領(lǐng)施展出來(lái)，成為科學(xué)家和各大企業(yè)爭(zhēng)相研究的超級(jí)熱點(diǎn)。蘇州高通新材料科技有限公司用獨(dú)創(chuàng)的化學(xué)合成法制備出新型石墨烯材料，成為高端應(yīng)用的典范。

不完美的“新材料之王”

距離石墨烯結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)不到九年，被寄予厚望的“新材料之王”，卻逐漸陷入了尷尬的“無(wú)用論”爭(zhēng)議境地。究其根源，正是石墨烯的一些特性“闖了禍”。

結(jié)構(gòu)完整的石墨烯化學(xué)穩(wěn)定性高，表面呈惰性狀態(tài)，使其難溶於水及常用的有機(jī)溶劑，與其他介質(zhì)的相互作用較弱，並且石墨烯片與片之間有較強(qiáng)的范德華力，容易產(chǎn)生聚集，這給石墨烯的進(jìn)一步研究和應(yīng)用造成了極大的困難。

同時(shí)，界面問(wèn)題影響著石墨烯功能的發(fā)揮。石墨烯雖然可以和不少材料結(jié)合，但是結(jié)合的程度不同，石墨烯性能發(fā)揮的也不同。

除此以外，很多企業(yè)在生產(chǎn)石墨烯下游產(chǎn)品時(shí)，將目光聚焦在涂料防腐、導(dǎo)電發(fā)熱、纖維織物等方向，然而這些產(chǎn)品中添加的石墨烯都具有可替代性，並不能有效體現(xiàn)石墨烯的特有性能。

“這些產(chǎn)品中添加的石墨烯更像是一種噱頭，並不能真的發(fā)揮石墨烯的特殊性能?！备咄ü究偨?jīng)理蔣永華道出了自己的觀察。他認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)各種石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品層出不窮，但是體現(xiàn)高附加值和石墨烯獨(dú)特性能的產(chǎn)品卻是鳳毛麟角。

新技術(shù)帶領(lǐng)企業(yè)突出重圍

近年來(lái)，高通公司通過(guò)從石油化工、天然氣、煤化工等行業(yè)獲取原材料，以化學(xué)合成法制備石墨烯產(chǎn)品，在中國(guó)、日本、歐盟、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)拿到專利授權(quán)……

“在當(dāng)下很多企業(yè)在低端產(chǎn)品爭(zhēng)搶石墨烯紅利之時(shí)，我們已在石墨烯的高端應(yīng)用領(lǐng)域大有斬獲。”蔣永華表示，國(guó)際上有很多企業(yè)都在生產(chǎn)石墨烯，但能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)“零缺陷”的高品質(zhì)石墨烯的企業(yè)卻可謂少之又少，“我們另辟蹊徑，基於原創(chuàng)的化學(xué)合成法，融合了化學(xué)氣相沉積法和石墨烯粉體制備兩者的優(yōu)勢(shì)，制備出了高分散性、高穩(wěn)定性、低成本的功能化石墨烯，最大限度地發(fā)揮了石墨烯的獨(dú)特性，與下游應(yīng)用的‘迫切需求’準(zhǔn)確對(duì)接”。

同時(shí)，高通公司的制備原料有別於常規(guī)的石墨，不僅來(lái)源比石墨廣，還能通過(guò)技術(shù)合成來(lái)提升石墨烯的性能。

在花了幾年時(shí)間潛心開(kāi)發(fā)、探索了幾十個(gè)方向后，高通公司最終將重點(diǎn)聚焦在了新型碳素材料、硅碳負(fù)極、潤(rùn)滑油添加劑等技術(shù)領(lǐng)域。

通過(guò)創(chuàng)新工藝，在單一碳材料中引入功能化石墨烯，高通公司歷時(shí)3年突破關(guān)鍵技術(shù)難題，制備出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型碳素材料。該項(xiàng)目制備技術(shù)和產(chǎn)品性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外公司長(zhǎng)期壟斷的高端市場(chǎng)。

這些新型石墨烯廣泛應(yīng)用於燃料電池雙極板、特種航天密封件、軍工、核電等高端行業(yè)，也應(yīng)用於3C電子行業(yè)、汽車行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)。

蔣永華告訴記者，硅碳負(fù)極材料是新能源汽車的一大利器。硅的能量密度是現(xiàn)有鋰電池用負(fù)極材料石墨的10倍以上，但是，硅在使用中出現(xiàn)了一些亟待解決的問(wèn)題，其中硅在反應(yīng)中出現(xiàn)的體積膨脹問(wèn)題最為明顯。

研究人員運(yùn)用功能化石墨烯包覆有機(jī)硅再燒結(jié)工藝，制備了顆粒均勻，以單質(zhì)硅形式存在的硅碳復(fù)合材料，完美解決了硅在反應(yīng)中的膨脹問(wèn)題，大大提高了電池的循環(huán)壽命。且各項(xiàng)性能匹敵納米氧化亞硅材料，成本還降低2/3。

在潤(rùn)滑油中，石墨烯同樣可以大展身手。運(yùn)用高分子合成的石墨烯具備很好的分散性，其表面有很多官能團(tuán)，可以輕易嫁接其他相親的材料。蔣永華說(shuō)，這種石墨烯可以在潤(rùn)滑油中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，使原本普通的潤(rùn)滑油具備了更好的耐磨和降噪功能，更能守護(hù)機(jī)械“健康”。