歐洲聚焦石墨烯復(fù)合材料研發(fā)
自從在2004年首次從石墨中分離出石墨烯,對于尋找強度重量比更高(且具有導(dǎo)電優(yōu)勢)的復(fù)合材料的塑料生產(chǎn)商以及尋找硅的可替代材料的半導(dǎo)體生產(chǎn)商來說,石墨烯有著無法抗拒的吸引力。
簡單來講,石墨烯就是碳最堅硬、最簡單的狀態(tài):是一個單原子厚的碳原子晶格,以規(guī)則的六角形圖案排列。一塊一平方米的石墨烯板重量僅為0.77毫克,肉眼幾乎看不見,理論上能支撐重1公斤的小動物,看起來小動物就好像漂浮在空中一樣。
這種材料最初由英國曼徹斯特大學(xué)開發(fā)成功,科研人員從普通鉛筆芯或云母薄片里提取石墨屑,然后把它們粘在一塊普通膠帶兩端的中間,再從自身剝離膠帶。重復(fù)這一過程直到石墨被拉出,且無法再被分離。這個看似科技含量不高的發(fā)現(xiàn),為俄羅斯出生的Andre Geim和Konstantin Novoslev贏得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎。
盡管歐洲是石墨烯的發(fā)源地,但世界其他地方—尤其是遠東地區(qū)—在石墨烯創(chuàng)新上占據(jù)領(lǐng)先。根據(jù)Cambridge IP在2013年1月發(fā)布的報告,中國在石墨烯研發(fā)上一馬當先,在2012年發(fā)表了2204項專利。美國位居第二,專利數(shù)為1754項。排名第三的是韓國,專利數(shù)為1160項(三星集團獲得的石墨烯專利數(shù)比其他任何企業(yè)都要多。)
Nano Master是一項由歐盟框架計劃7(FP7)資助的項目,旨在"開發(fā)出以知識為基礎(chǔ)的加工方法來讓石墨烯和膨脹石墨增強熱塑性色母料和復(fù)合料生產(chǎn)更上一個檔次,并最終實現(xiàn)在歐洲的產(chǎn)業(yè)商用化。"
到目前為止,還沒有一家歐洲企業(yè)能夠進行工業(yè)規(guī)模的石墨烯材料的生產(chǎn)。而美國的Ovation Polymers公司則做到了這一點,該公司已經(jīng)推出了基于石墨烯的石墨烯熱塑性色母料和復(fù)合料。
參與Nano Master項目的企業(yè)包括英國的材料開發(fā)商Net Composites(也是項目協(xié)調(diào)方);荷蘭消費電子巨頭飛利浦公司;瑞士的石墨材料供應(yīng)商Timcal公司;西班牙研究機構(gòu)Aimplas,及意大利復(fù)合生產(chǎn)商Lati Industria公司。
石墨烯作為聚合物增強的潛力很巨大。據(jù)Nano Master項目的參與方們表示,添加5%的石墨烯能把TPO和PP的機械性能增強一倍,而當把1%(按重量)的石墨烯與PMMA混合時,可把拉伸彈性模量提高80%。石墨烯增強的熱塑性復(fù)合料和色母料將能適應(yīng)現(xiàn)有的生產(chǎn)鏈,為注塑、擠吹和吹膜擠出大批量生產(chǎn)的零部件賦予新的特性。
Nano Master項目的目標在于,把零部件中的塑料用量減少50%,進而減重50%,同時保留石墨烯的導(dǎo)電和傳熱性能。
如果歐洲企業(yè)能夠進行石墨烯增強塑料的工業(yè)生產(chǎn),用Nano Master的話來說,這將"打開通往多項應(yīng)用之門,讓歐洲和世界其他地方都能利用由此帶來的優(yōu)勢。他們還將幫助歐洲企業(yè)處于有利地位,更好地開拓快速增長的美國和亞太市場。"
Nano Master項目在2011年12月發(fā)起,將在2015年11月結(jié)束。