中航工业北京航空材料研究院石墨烯研究取得突破性进展



中航工业北京航空材料研究院石墨烯研究取得突破性进展

石墨烯因强度高、韧性好、导电导热性能优而受到广泛的关注，最近中航工业北京航空材料研究院在石墨烯用于净化环境、锂电池阳极材料、电线电缆和封装材料方面取得突破性进展。

(1)超轻、强吸附的石墨烯宏观体环境净化材料

据本项目组负责人杨程博士介绍，研究团队已研制出一系列可用于净化环境的超轻、强吸附、高过滤的石墨烯海绵、石墨烯气凝胶和石墨烯纤维多孔材料等石墨烯宏观体材料。实验结果表明：这些材料对甲醛、二氧化硫、氨气等有毒有害气体的吸附量大于100mg/g；对甲基蓝、甲基橙、环己烷、四氯化碳等有机污染物的吸附量大于20g/g；对烟气混合排放物典型成分(间苯二酚、柠檬醛、异戊酸、亚硝基二甲基胺、亚麻酸、吡啶等)的吸附量大于10g/g。石墨烯宏观体密度均小于0.04g/cm3，可多次回收利用，在空气净化、油污处理、烟气吸附领域具有广泛的应用前景。可以直接制成空气过滤芯替代活性碳材料用于空气净化装置；可以制备成吸油毡等用于海上油污处理；可以制备布袋除尘器或湿式除尘器滤芯用于烟道除尘净化。

(2)石墨烯-锂离子电池

针对锂离子电池正极材料导电性差，Li+在充放电过程的嵌入、脱出能力差，电池温度稳定性差，尤其是低温性能下降显著等问题，本项目研究团队采取特别的石墨烯纳米片表面修饰和活化技术，突破石墨烯弯曲皱褶多孔结构的制备技术，通过石墨烯纳米片、碳纳米管和导电炭黑三元并用的方式，并突破石墨烯复合导电结构的设计和制备技术，开发出超大比表面积、超高导电性能、超多活化点以及电导率可控、性能稳定性好的石墨烯复合导电浆料，并成功应用于高能量密度和高功率密度的锂离子电池正极材料，已陆续完成材料测评、考核验证。石墨烯材料在锂离子电池的成功应用，将实现锂离子电池以及清洁能源动力电池的升级跨代。

(3)石墨烯电线电缆

课题组基于先期在石墨烯铝基、铜基和聚合物基等复合材料上的研究成果，突破石墨烯铝导体设计及制备技术，制备出同时兼具铝合金导线强度和纯铝电导率的新一代石墨烯铝导线；突破石墨烯铜触头和石墨烯复合铜导线的设计及制备技术，有望在相同输电能力前提下大幅降低高压导线铜材用量；突破石墨烯半导电材料设计及制备技术，制备出了同心高压导线用半导电屏蔽材料。以上原创性技术都已形成发明专利、材料标准和工艺规范等成套技术文件，为实现石墨烯技术在电线电缆材料上的系列化应用奠定了技术基础。

(4)石墨烯电子封装材料

王旭东博士研究团队利用石墨烯材料高导热的特点，通过在铝合金复合材料中添加石墨烯纳米片开发出了线膨胀系数可控的系列化的新一代高性能电子封装材料。该材料的线膨胀系数(CET，25℃)在(9.0～16.0)×10-6℃-1可调，导热系数(TC，25℃)>230W/(m·K)，三点弯曲强度大于500MPa。相比于Al-Si材料导热性能提升1倍以上，强度提升90%，较Al-SiC材料导热性能提升50%，且价格仅为Al-SiC的一半。可以广泛应用于有源相控阵雷达T/R组件封装材料和大功率IGBT底板材料的制备。