石墨烯的由來(lái)、性能及應(yīng)用

石墨烯的由來(lái)

石墨烯(Graphene)是一種二維碳材料，是單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯的統(tǒng)稱。目前，國(guó)內(nèi)將十層以內(nèi)（包括十層）統(tǒng)稱為石墨烯材料。石墨烯一層層疊起來(lái)就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬(wàn)層石墨烯。

石墨烯的電學(xué)性質(zhì)

石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm/(V·s)，這一數(shù)值超過(guò)了硅材料的10倍。石墨烯的電子遷移率受溫度變化的影響較小，50~500K之間的任何溫度下，單層石墨烯的電子遷移率都在15000cm/(V·s)左右。 石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，而電阻率只約1 Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。如果是用純石墨烯印刷制備發(fā)熱膜，從石墨烯特殊的量子隧道效應(yīng)來(lái)看，由于其超強(qiáng)的導(dǎo)電性，電阻極小，低于一般導(dǎo)線（銅線、鋁線）的電阻，應(yīng)該是會(huì)導(dǎo)致“石墨烯不發(fā)熱，而導(dǎo)線發(fā)熱”，因此，某些品牌宣稱自己產(chǎn)品為“X層以下石墨烯制備”是不完全符合科學(xué)邏輯的。

石墨烯的熱性能

石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料。當(dāng)它作為載體時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)也可達(dá)600W/mK。將石墨烯摻入到碳漿中，印刷成發(fā)熱片后，可以有效地提高發(fā)熱片的導(dǎo)電和熱傳導(dǎo)性能，但是，實(shí)際中在用石墨粉制備碳漿過(guò)程中會(huì)有部分石墨烯產(chǎn)生，因此，一般情況下并不需要單獨(dú)添加石墨烯。 石墨烯的引入，對(duì)提升發(fā)熱膜的整體性能有一定的幫助，但是由于其特殊的性質(zhì)，實(shí)質(zhì)上對(duì)于目前的碳發(fā)熱電暖產(chǎn)品而言，也可稱之為“石墨烯發(fā)熱”。石墨烯發(fā)熱膜在其產(chǎn)品中其承擔(dān)的是一小部分的功能增加其導(dǎo)電效率的同時(shí)，也極大的影響著產(chǎn)品所帶來(lái)對(duì)的品質(zhì)追求。

石墨烯電熱膜優(yōu)勢(shì)

石墨烯電熱膜產(chǎn)品具備了很多優(yōu)勢(shì)。第一，自限溫特性：電熱膜擁有自限溫特性，避免局部過(guò)熱引起的地面塌陷問(wèn)題，即使溫控器在失靈狀態(tài)下，電熱膜本身也不會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高現(xiàn)象的發(fā)生，使用更安全。第二 印刷工藝：電熱膜采用進(jìn)口的絲網(wǎng)印刷機(jī)，印刷的精密度已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)，膜片與膜片之間的功率誤差小于2%，不會(huì)因?yàn)槟んw自身發(fā)熱不均勻?qū)е碌膿舸┐蚧鹗鹿实陌l(fā)生。 第三，設(shè)計(jì)工藝：采用銀獎(jiǎng)護(hù)背技術(shù)，讓三點(diǎn)鏈接更安全，避免虛接，導(dǎo)致打火或擊穿。第四，材質(zhì)：普通電熱膜厚度一般為0.25mm，而電熱膜的厚度為0.338mm，避免由于電熱膜過(guò)薄導(dǎo)致泄漏電流過(guò)大帶來(lái)的隱患，電熱膜外部采用航空級(jí)PET，PET是所有高分子材料中電氣絕緣性能最佳，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年。第五，鋪設(shè)率最大：電熱膜單片功率設(shè)計(jì)22W，鋪設(shè)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同業(yè)產(chǎn)品，使用更舒適。

石墨烯發(fā)熱涂料對(duì)供暖領(lǐng)域具有重要意義

在新興能源的發(fā)展進(jìn)程中，石墨烯發(fā)熱涂料技術(shù)的先進(jìn)性和新能源市場(chǎng)需求相結(jié)合，讓石墨烯發(fā)熱涂料電熱技術(shù)成為了能源發(fā)展中的佼佼者，如今國(guó)內(nèi)的石墨烯發(fā)熱涂料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是世界先進(jìn)水平，而優(yōu)秀的產(chǎn)品可以讓企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)地位。 現(xiàn)今在供熱采暖行業(yè)內(nèi)，在綠色可持續(xù)發(fā)展大主題的影響下，革新電熱采暖產(chǎn)品的價(jià)價(jià)值愈顯突出，而以石墨烯發(fā)熱涂料為核心技術(shù)的新型電熱產(chǎn)品不僅僅在供熱能效比上占優(yōu)，其多樣化的實(shí)現(xiàn)方式、智能化升級(jí)的高度兼容性以及安全舒適的使用體驗(yàn)等優(yōu)勢(shì)，都令其成為當(dāng)下電熱采暖產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵所在。

積極探索"石墨烯發(fā)熱涂料電熱"的發(fā)展模式，是對(duì)供暖領(lǐng)域探索全面推進(jìn)節(jié)能、環(huán)保發(fā)展十分有意義的嘗試和努力。 能源發(fā)展的"十三五"規(guī)劃提出了大力支持民營(yíng)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入能源領(lǐng)域，能源投資進(jìn)一步向民間資本開(kāi)放的戰(zhàn)略，如今外資、民營(yíng)等多種經(jīng)濟(jì)成分已進(jìn)入供熱市場(chǎng)，并且依托技術(shù)升級(jí)、市場(chǎng)升級(jí)等方式重組了行業(yè)格局，今后城市供暖的趨勢(shì)，必然是商品化、社會(huì)化以及市場(chǎng)化。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開(kāi)資本的參與，從資本的角度考慮，國(guó)內(nèi)的創(chuàng)新技術(shù)往往會(huì)帶來(lái)投資機(jī)會(huì)，尤其石墨烯發(fā)熱涂料在電熱行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用，在市場(chǎng)的剛性需求、消費(fèi)者的訴求提升以及產(chǎn)品的高技術(shù)門檻共同作用下，會(huì)讓其具備長(zhǎng)期的投資價(jià)值。聚暖科技這類核心專利技術(shù)、堅(jiān)持創(chuàng)新的企業(yè)的成立，對(duì)行業(yè)的發(fā)展及消費(fèi)者而言都是一大利好消息。

石墨烯發(fā)熱產(chǎn)品的好處

在日?？纱┐鞣椈蜃o(hù)具中嵌入石墨烯發(fā)熱膜，具有智能理療保健功效，如采用石墨烯發(fā)熱技術(shù)的戶外服、圍巾、護(hù)腰及護(hù)腿等，內(nèi)襯中的石墨烯加熱膜可加熱至20℃—60℃，能在3秒內(nèi)迅速升溫。這類“發(fā)熱服”可通過(guò)控制器或手機(jī)端APP自由調(diào)節(jié)溫度，USB接口循環(huán)充電。 與傳統(tǒng)發(fā)熱理療產(chǎn)品不同的是，采用石墨烯發(fā)熱技術(shù)的理療產(chǎn)品釋放出的遠(yuǎn)紅外波波長(zhǎng)與人體波長(zhǎng)相近，能與體內(nèi)細(xì)胞的水分子產(chǎn)生最有效的“共振”，促進(jìn)血液循環(huán)，強(qiáng)化各組織之間的新陳代謝，增強(qiáng)再生能力，提高機(jī)體的免疫能力，從而起到醫(yī)療保健作用。

石墨烯的其他應(yīng)用：

1、儲(chǔ)氫材料；石墨烯具有質(zhì)量輕、高化學(xué)穩(wěn)定性和高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，使之成為儲(chǔ)氫材料的最佳候選者。

2、航空航天；由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是極為突出的。

3、感光元件；以石墨烯作為感光元件材質(zhì)的新型感光元件，可望透過(guò)特殊結(jié)構(gòu)，讓感光能力比現(xiàn)有CMOS或CCD提高上千倍，而且損耗的能源也僅需原本10%。

審核編輯：湯梓紅