石墨烯增強(qiáng)——未來(lái)的材料

微量的石墨烯和其他層狀材料通常足以增強(qiáng)其他材料的性能，將石墨烯添加到金屬、塑料和其他材料中，能夠使它們更堅(jiān)固、更輕、導(dǎo)電性能更強(qiáng)等。

無(wú)論是嵌入、分層還是噴涂，石墨烯都可以為現(xiàn)有產(chǎn)品帶來(lái)新的性能，或者允許開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品。它還減少了達(dá)到相同性能或?qū)⑿阅芴岣叩揭郧盁o(wú)法達(dá)到的水平所需的材料量。

石墨烯和金屬——解決未來(lái)的銅短缺問(wèn)題

隨著全球電氣化程度的提高，對(duì)金屬（尤其是銅）的需求將在未來(lái)幾十年內(nèi)增長(zhǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。另一方面，預(yù)計(jì)到 2030 年銅短缺量將達(dá)到 1000 萬(wàn)噸。

瑞典的GraphMaTech公司旨在減少對(duì)銅的需求，用石墨烯取代部分銅。與單獨(dú)的銅相比，銅-石墨烯復(fù)合材料在硬度、楊氏模量和室溫拉伸強(qiáng)度等幾個(gè)指標(biāo)上表現(xiàn)更好。此外，石墨烯填料可保持銅的機(jī)械性能，減少了可能導(dǎo)致電路故障或失去連接的電遷移效應(yīng)。

GraphMaTech公司表示，其將石墨烯集成到金屬中的技術(shù)，目標(biāo)是改善金屬-石墨烯復(fù)合材料。提高金屬材料的性能意味著在某些應(yīng)用中需要更少的金屬用量。該公司專注于電氣化應(yīng)用，并考慮使用與氫兼容的石墨烯金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)的氫經(jīng)濟(jì)。

石墨烯和玻璃纖維——添加新功能

瑞典的Grafren AB公司正在用石墨烯薄片直接涂覆玻璃纖維，以改善其性能。傳統(tǒng)的石墨烯涂料或粘合劑涂層方法不適用于玻璃纖維。石墨烯和玻璃纖維必須在納米尺度上集成，在纖維表面組裝和排列石墨烯薄片。該公司用石墨烯薄片以一種獨(dú)特的方式涂覆玻璃纖維，最終得到的涂層類似于蛇皮，纖維表面排列著許多薄片，彼此重疊。該公司研究團(tuán)隊(duì)已成功展示了使用相同方法制造輕質(zhì)柔軟的電子紡織品（導(dǎo)電織物）。

石墨烯和橡膠——贏得2022年環(huán)法自行車賽金牌

傳統(tǒng)橡膠，無(wú)論是天然的還是合成的，都必須經(jīng)歷化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)才能硬化。這些性能可以在制造過(guò)程中通過(guò)添加復(fù)合成分進(jìn)一步增強(qiáng)。氧化石墨烯就是其中之一：它既可以交聯(lián)又可以增強(qiáng)橡膠。可以增加橡膠承受長(zhǎng)時(shí)間磨損的能力，提高橡膠的抗拉撕裂強(qiáng)度、阻燃性和耐熱性。

意大利的Vittoria Spa將石墨烯應(yīng)用于其賽車輪胎，在速度和滾動(dòng)性能（+5%）、抓地力（+8%）、耐刺穿性（+19%）和耐用性方面都得到了改進(jìn)。Vittoria 的第二代石墨烯化合物（Graphene 2.0）贏得了大巡回賽和歐洲、法國(guó)、德國(guó)、奧地利、俄羅斯、巴西和泛美越野 MTB 錦標(biāo)賽的冠軍。僅在 2022 年，Vittoria 的石墨烯增強(qiáng)型競(jìng)賽輪胎就成為所有類型自行車中速度最快的輪胎，贏得了環(huán)法自行車賽（公路賽）、UCI 世界碎石錦標(biāo)賽、UCI 世界越野山地自行車錦標(biāo)賽和 UCI 世界錦標(biāo)賽等比賽的冠軍田徑錦標(biāo)賽，展示了跨學(xué)科和地形的領(lǐng)先表現(xiàn)。

石墨烯和混凝土——更多石墨烯，更少水泥

石墨烯增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)混凝土的 2.5 倍，透水率是標(biāo)準(zhǔn)混凝土的 4 倍。它使用更少的水泥來(lái)提供所需的強(qiáng)度。由于水泥生產(chǎn)是建筑行業(yè)二氧化碳排放的主要原因，石墨烯增強(qiáng)混凝土預(yù)計(jì)可將這些排放量減少30%。

2022 年 3 月，Versarien 推出了世界上第一個(gè)采用石墨烯增強(qiáng)混合物的 3D 打印建筑結(jié)構(gòu)，商標(biāo)為 Cementene。2022 年晚些時(shí)候，Versarien 與設(shè)計(jì)師 Steuart Padwick 合作，使用 Cementene 創(chuàng)建了 Island Steps——一種 3D 打印的無(wú)水泥結(jié)構(gòu)，并在倫敦設(shè)計(jì)展上展出。

石墨烯和紡織品——編織導(dǎo)電紗線

石墨烯旗艦柔性電子工作包的研究人員正在開(kāi)發(fā)富含石墨烯的導(dǎo)電聚酯（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，PET）紗線。芬蘭 VTT 研究所從英國(guó)劍橋大學(xué)接收基于石墨烯的層狀材料，并將其與 PET 進(jìn)行復(fù)合。隨后，德國(guó)公司 Trevira GmbH 將這種材料紡成織物。如果技術(shù)經(jīng)濟(jì)上取得成功，這種材料有望成為一種新型的輕質(zhì)導(dǎo)電紗線。