防彈衣能像襯衣一樣薄么?智能家紡產品如何從原料實現?或許"石墨烯"可以給我們一個答案。
"自2010年,物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授捧起諾貝爾物理學獎那一刻起,石墨烯一舉成為舉世矚目的新材料。任正非也曾預言,未來 10 到 20 年,石墨烯時代將顛覆硅時代。"
中國現在正處于"石墨烯淘金熱"中,石墨烯產業也越來越多,關于石墨烯的報道更是比比皆是,奉其為材料界"網紅"毫不為過。那么,石墨烯是靠什么上位材料界"網紅"的?中國石墨烯產業發展之路到底該怎么走?家紡行業又能否借此"東風"另辟蹊徑?
石墨烯是什么?
石墨烯是一種二維蜂窩狀純碳材料,集眾多特性于一身,是一種具有優異電學性能、力學性能、熱性能、光學性能和較高的比表面積的新型碳材料。雖然石墨很軟,但是單層的石墨烯材料甚至比金剛石還硬。石墨烯還兼具柔性、透明等特性,而且只有質子能夠穿透。石墨烯的熱導率可達到5300W/mK。石墨烯是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,產業關聯涉及新材料、能源、環境、紡織品、航空航天、國防等領域。
石墨烯能用在哪?
據相關材料顯示,目前石墨烯的應用分為重應用和輕應用兩種,重應用需要大量資金的投入和較長周期的開發,從而根本上借助石墨烯單層原子優勢替代傳統材料,比如石墨烯在電池、半導體芯片等領域的應用,但這類應用受限于目前的技術和產量無法迅速普及,大多還停留在實驗室階段。而石墨烯的輕應用是面向民用的、可以快速實現產品化并能夠給消費者帶來較高性價比的應用,比如石墨烯發熱和過濾。
值得一提的是,目前已有企業將石墨烯應用到紡織領域。近年來,石墨烯在紡織領域的應用日益廣泛,石墨烯制備高性能紡織纖維及進行紡織品功能整理也漸成行業研究熱點。
石墨烯有何"神奇"之處?
石墨烯具有優異的抗菌性能、低溫遠紅外功能,將石墨烯整理到織物上,即可制備抗菌織物。相對于傳統的無機、有機抗菌劑,石墨烯基本沒有細胞毒性,更適合與人體皮膚直接接觸,具有親膚養膚的作用。
此外,石墨烯還是目前電阻率最小的材料,將石墨烯與織物結合,可制備優異的抗靜電、電磁屏蔽或者導電織物,可以應用于特殊行業,制備出具有優異抗靜電性能的采礦職業服面料。
那么,石墨烯織物是什么呢?石墨烯織物是指石墨烯材料與普通紡織品有效結合,在保持紡織品各項基本性能的同時,具有石墨烯某一種或幾種獨特性質的紡織產品。石墨烯紡織品在導電、防輻射、防紫外線、抗菌、特殊防護和智能織物等領域都有巨大的應用前景。
據了解,目前已有家紡企業開始將石墨烯進行產業化應用,并成功制造出集超強低溫遠紅外、抗菌抑菌等多種功能于一身的石墨烯健康產品,在改善微循環、促進新陳代謝方面起到了至關重要的作用。此外,除菌襪品、功能內衣、助眠烯枕等各大系列產品,均受到部分消費者的青睞。
據業內人士透漏,石墨烯在智能紡織品領域也大有發展。之所以選擇將石墨烯應用到智能紡織領域是看重了石墨烯良好的導熱性,由于石墨烯的電熱轉換效能可達 99%,與其他發材料相比有絕對的優勢;其次,傳統的電阻絲發熱,容易發生短路著火、遇水聯電不安全、人體舒適感低等情況。把石墨烯嵌入到纖維結構,捻線織成的布可支持 3.7V 安全電壓,并可根據情況通過 APP 控制升溫速度及溫度。就用戶體驗來講,提升了安全性及舒適度。除了發熱速度快之外,其在發熱均勻度、發熱效率方面比碳纖維和電阻絲要優秀一些。而作為石墨烯紡織物的柔軟、不怕折疊、可水洗的特性就更勝一籌。
石墨烯紡織品行情如何?
可以說,目前石墨烯產業的大環境火爆且浮躁,產業化應用還有很大空間。在其他重應用還未成型的前提下,這不失為是對石墨烯一種新的應用。不過,石墨烯的價格雖然在2015年驟降,但相對其他紡織原料來說還是奢侈品,如果大范圍的應用在衣服上,成本就是必須考慮的問題。
值得一提都是,2015年底某品牌自主研發的一款帶有加熱功能的"石墨烯智能披肩"登陸京東眾籌,最終以519萬的金額收官,近6000人參與了活動。這款披肩以石墨烯作為發熱載體,通過APP進行溫控,5V安全電壓供電,使用方便,安全可控。
很多人問石墨烯究竟能走多遠,對此,有專家給出三種假設:
第一種類似于碳纖維。相信只要石墨烯原材料制造水平不斷提升,至少會像碳纖維那樣,成為某個特定行業的殺手锏級材料。
第二種類似于塑料。一百多年前人們發明了塑料,現在你離不開它,我們難以想象沒有塑料的生活是什么樣子。石墨烯有沒有這樣的可能呢?
第三種類似于硅芯片。可以說現在是硅時代,因為硅改變了人類的精神生活。石墨烯或許也有這個可能。
若問石墨烯未來走勢如何,有人說碳纖維研發歷史對此很有借鑒意義。實際上,早年的碳纖維只能做釣魚桿,而現在的碳纖維已成為先進航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維,但強度完全不一樣。相信石墨烯材料也會走同樣的路,只是需要時間的積淀,需要持續的投入,更需要耐心。
(本文部分內容及觀點源自"劉忠范院士在'2016中國國際碳材料大會'演講內容"及"新材料在線"。)
[編輯:田田]