2022年11月19日,第九届中国国际石墨烯创新大会开幕式在上海召开,一件将重塑全球石墨烯科技及产业格局的中国原创技术成果,在开幕式中隆重发布:“高导热-石墨烯基碳纤维”!
碳纤维指的是含碳量在90%以上的高性能纤维。本次首发的“石墨烯基碳纤维”是杭州高烯科技有限公司自主研发生产、全球首个且唯一的以氧化石墨烯液晶作为前驱体制备而成的新一代高导热碳纤维。这种新技术跳出了石油制备碳纤维的传统路线,另辟蹊径,从石墨出发制得石墨烯,并利用石墨烯的优异性能及“片-片互锁”作用模型,制成了连续的石墨烯纤维,其导热导电及力学性能突出,开创了结构功能一体化碳纤维新品种。
要发展更先进的技术,保障经济安全和国防安全,就要把高导热碳纤维的核心技术牢牢掌控在自己手中。要实现换道超车,必须跳出沥青基碳纤维的传统制备路线,建立原创理论和独特技术。
高烯科技创始人、首席科学家,浙江大学高超教授,早在2011年就提出了“石墨烯纤维”的概念,开创“石墨——单层氧化石墨烯——碳纤维”的全新技术路线。石墨烯纤维强而韧,可打结,可编织,其打结图曾入选《自然》杂志2011年度全球最具影响力图像之一,并被自然新闻高度评价,认为“石墨烯具有优异的力学、电学、热学、光学等多项物理性能,但要驾驭这些性能,必须找到能将纳米级粒子转化为宏观材料的方法,来自浙江大学的许震和高超实现了这一愿望”。历经十年,在产学研协同推进下,团队构建了二维大分子成纤理论模型,相继攻克了“纺丝级原料量产”、“缺陷控制”、“塑化拉伸”等技术难题,于2021年成功制备出高性能石墨烯基碳纤维丝束,为规模化生产奠定了基础。
高导热-石墨烯基碳纤维量产的前提条件之一,是依托高烯科技自有生产线上产出的“纺丝级”单层氧化石墨烯,它纯度高,大小可调控,被国际石墨烯产品认证中心(IGCC)授予全球首个单层氧化石墨烯产品认证,入选“2020-2021年度中国市场黑科技TOP50”榜单,高居第6位。
高导热-石墨烯基碳纤维的诞生,对全世界的碳纤维行业及石墨烯产业具有标志性的重大意义。采用全单层氧化石墨烯+石墨烯纤维制备技术是高烯科技的原创技术,全链条自主知识产权,技术壁垒高,是真正意义上的“大国新材”。
高导热-石墨烯基碳纤维的多项技术指标领先全球:其导热系数达1200-1400W/mk,高于美国氰特公司沥青基王牌高导热碳纤维K1100的950W/mk,远高于日本三菱化学沥青基碳纤维的800W/mk;伸长率达1.1-2.8%,超过沥青基碳纤维的0.3-0.4%,可编织性更好;拉伸模量达400-800GPa、拉伸强度达3-5GPa。因此,这是一种极具潜力的结构功能一体化新型碳纤维,是未来空天重要装备的关键材料,也是动力装备更快、更高、更轻永恒追求不可或缺的理想材料,在航空航天、轨道交通、新能源汽车等领域具有广阔应用前景。
板凳要坐十年冷,铁杵成针刺破天。从单层氧化石墨烯的小试到量产,从石墨烯纤维单丝到丝束,从性能指标的徘徊不前到不断攀升,每一次突破的背后,是高超教授对中国原创科技的坚守,是团队对石墨烯事业十年如一日的无尽热爱。
石墨烯产业技术创新战略联盟理事长李义春,在开幕式上亲手为“高导热-石墨烯基碳纤维”全球发布揭幕,并评价到:“石墨烯从诞生的那一刻起,人类就给它赋予了两个梦想,一个是打破硅基进入碳基时代,另一个就是用石墨烯做成纯碳纤维。未来的太空电梯,就是要靠石墨烯纤维来支撑的,因它的强度、刚度等卓越的性能可以满足这个构想。今天,高烯科技“高导热-石墨烯基碳纤维”的诞生,虽是碳纤维探索上的一小步,但却是石墨烯产业发展史上的一大步!”
