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石墨烯橡膠復(fù)合材料的制備是一個挑戰(zhàn)性的國際難題，采用常規(guī)方法難以制備。四川大學(xué)在國際上首次提出膠乳混合和原位還原的方法制備石墨烯橡膠納米復(fù)合材料。解決了石墨烯的剝離和均勻分散難題，材料的機械強度、導(dǎo)電、阻隔等綜合性能大幅度提高。提出了材料增強、阻隔、耐疲勞機理。研究工作被國際權(quán)威專家評價“他們的發(fā)現(xiàn)闡明了石墨烯用于天然橡膠增強的巨大潛力”。

以自粘結(jié)富碳物質(zhì)（生焦、炭微球）為原料，添加高純石墨粉、短切炭纖維或石墨烯，通過預(yù)處理、混合、等靜壓成型、焙燒、后處理等工藝制成高密高強高純各向同性石墨材料，其各項性能參數(shù)如下：抗壓強度（MPa）  ＞130    抗折強度（MPa）   ＞50肖氏硬度（HS）     70±5    導(dǎo)熱系數(shù)（KJ/m）  ＞60體積密度(g/cm3)     ≥1.90    開口氣孔率（%）   ≤1.80摩擦系數(shù)    ≤0.2高密高強高純各向同性石墨材料的應(yīng)用領(lǐng)域包括精密機械密封、苛刻服役環(huán)境下的機械（發(fā)動機）密封、超高溫結(jié)構(gòu)件、電火花加工、火箭噴口等。目前已應(yīng)用于某型發(fā)動機二級游動渦輪泵雙端面密封裝置、某型發(fā)動機液氧渦輪泵氦氣接觸式端面密封、無控火箭彈噴管專用石墨等。

首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑 一、項目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、技術(shù)分析 本成果具有創(chuàng)新性、先進性。從高校的原創(chuàng)科學(xué)到原創(chuàng)技術(shù)，再到工程化推進，且已實現(xiàn)量產(chǎn)的技術(shù)成果。 成果第一完成人帶領(lǐng)科研與產(chǎn)業(yè)兩支隊伍，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，在單層氧化石墨烯及其宏觀組裝材料的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展方面開展科學(xué)研究、技術(shù)轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化攻堅，獲得的成果如下： 發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯纖維在溶劑作用下精確可逆融合與分裂現(xiàn)象，揭示了二維大分子的獨特界面效應(yīng)，打破纖維越粗越弱的Griffith定律，為未來粗且強的高性能纖維制備提供了新的理論依據(jù)，成果發(fā)表在Science雜志上；(2)發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯的層狀和手性液晶新相態(tài)，為石墨烯宏觀有序組裝材料提供了理論基石；(3)首次提出石墨烯纖維的概念，提出液晶濕法紡絲策略實現(xiàn)了石墨烯纖維的連續(xù)制備及高性能化，開辟了從石墨制取碳纖維的全新路徑；(4)建立了較系統(tǒng)的液固相轉(zhuǎn)變組裝方法學(xué)，制備出“世界最輕固體”石墨烯超輕氣凝膠，突破固體表觀密度極限；解決了宏觀材料高導(dǎo)熱和高柔性不能兼顧的難題，獲得了高導(dǎo)熱超柔性石墨烯導(dǎo)熱膜。 發(fā)明的新型石墨烯纖維，得到了Nature在線新聞（2011, 78）、Nature 石墨烯增刊（2012, 483, S33）等雜志期刊的高度評價：“石墨烯物理性能優(yōu)異，但要駕馭這些性能，必須找到能將優(yōu)異性能納米級粒子轉(zhuǎn)化為宏觀材料的方法。來自中國杭州浙江大學(xué)的許震和高超正好實現(xiàn)了這一目標(biāo)”等。石墨烯纖維打結(jié)圖與美國奮進號、俄羅斯聯(lián)盟號飛船等一起入選了Nature 2011年度最具影響力圖像，入選理由為:“這一400微米石墨烯結(jié)由中國浙江大學(xué)許震和高超制備，顯示了納米尺度精巧的結(jié)構(gòu)控制。許和高將氧化石墨烯液晶紡制成米級柔性纖維并轉(zhuǎn)化成石墨烯紗線”。成果第一完成人“因石墨烯纖維的基礎(chǔ)研究工作”，獲得首屆錢寶鈞纖維材料青年學(xué)者獎。 獲得的多維度多功能石墨烯宏觀組裝材料，得到了Nature（Nature 2013, 494, 404）、（Nature 2013, 497, 448）及Advanced Science News等的亮點評價或撰文評價：“浙江大學(xué)高超團隊用非模板法獲得了導(dǎo)電、彈性并且密度低于空氣的固體泡沫材料”，“浙江大學(xué)高超教授及同事報道了具有超高導(dǎo)熱且超柔性特性的石墨烯材料。這樣的設(shè)計理念和實驗策略能夠拓展至其他二維納米材料中，使得很多大面積多功能的二維材料能夠應(yīng)用到現(xiàn)實世界的柔性器件中，從航空航天到智能手機，不一而足”等。超輕石墨烯氣凝膠獲得了 “世界最輕固體”吉尼斯世界紀(jì)錄，入選了“2013中國十大科技進展新聞”。 在Science、Nat. Electron.、Sci. Adv.、Adv. Mater.等國際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文240余篇，連續(xù)四年入選科睿唯安全球“高被引科學(xué)家”。授權(quán)中國發(fā)明專利百余件、國際專利8件。承擔(dān)國家自然基金委重大、重點、杰青項目及軍科委、科工局等項目10多項，項目總經(jīng)費近億元。

石墨烯具有優(yōu)異的機械,導(dǎo)電以及導(dǎo)熱性能,在納米科學(xué)和材科領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值,尤其是在電容器,傳感器,柔性薄膜電路以及復(fù)合材料等方面已經(jīng)吸引全球科學(xué)界和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。本技術(shù)以氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體,同步還原與修飾GO,制備了多種環(huán)氧/石墨烯功能納米復(fù)合材料該石墨烯氣凝膠具有低密度,開孔結(jié)構(gòu),高導(dǎo)電性以及良好的機械性能與成型性等優(yōu)點。通過真空輔助浸漬成型法,制備了高導(dǎo)電的環(huán)氧／三維石墨烯納米復(fù)合材料,當(dāng)石墨烯含量為體積分?jǐn)?shù)適當(dāng)時,復(fù)合材料的電導(dǎo)率達到4×10-2S/m,比純環(huán)氧基體提高了13個數(shù)量級。良好導(dǎo)電性能的原因是石墨烯氣凝膠在制備復(fù)合材料過程中保持了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整性,而且與聚合物基體浸潤性良好。

石墨是一種良好的固體潤滑劑，但是，它低的強度及與金屬截然不同的物理化學(xué)性質(zhì)，使得其與金屬成為復(fù)合材料時，在金屬中的加入量很低，而且隨著加入量的增加，嚴(yán)重損壞復(fù)合材料的綜合機械性能，因此，目前石墨作為固體潤滑劑時，為了保持復(fù)合材料的機械性能，加入量大都很低。本技術(shù)獨特之處在于，首先在石墨顆粒表面包覆一層銅膜，使其整體表現(xiàn)為銅的性能，當(dāng)它與銅形成復(fù)合材料時，銅基體形成一個三維連續(xù)骨架，石墨處于其中。這一方法使得自潤滑復(fù)合材料中石墨的含量可已大為增加，同時使復(fù)合材料整體表現(xiàn)為金屬性能，具有良好的自潤滑性能力、耐高溫性及導(dǎo)電性，較好的綜合機械性能。 應(yīng)用前景： 銅石墨復(fù)合材料優(yōu)良的自潤滑能力及良好的導(dǎo)電性能，被認為是制造高性能電刷、高速列車受電弓滑板、小型精密自潤滑滑動軸承其它滑動電接觸部件的首選材料。 受電弓滑板是電力機車上與供電導(dǎo)線接觸的部件，列車運行時，滑板與供電導(dǎo)線處于高速相對滑動之中，電力機車通過受電弓滑板從供電道線上得到所需的電力。受電弓與供電導(dǎo)線之間的滑動摩擦速度等于電力機車的運行速度。隨著機車運行速度的提高，對滑板的摩擦及自潤滑性能的要求也越來越高。電刷是電機中的易損部件，隨著電機向大型化、微型化、高轉(zhuǎn)速、高效率發(fā)展。要求電刷具有大的集電能力及優(yōu)良的自潤滑能力，以減小電機的尺寸，提高電機效率，使焦耳熱引起的升溫保持在低水平。機械制造技術(shù)向高精度、小型化方向發(fā)展，油潤滑變得很困難，從而為小型自潤滑精密滑動軸承提供了很好的應(yīng)用市場。機車及汽車也對意外情況下缺少潤滑油時部件的自潤滑能力提出了要求。可見自潤滑材料具有廣闊的市場。

一.項目簡介本項目生產(chǎn)的鑄型尼龍(MC尼龍）/石墨烯復(fù)合材料克服了普通MC尼龍低溫韌性較差, 沖擊強度偏低, 尺寸穩(wěn)定性不好, 高負荷下耐磨性、自潤滑性欠佳，磨損率較大等缺點。表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，可廣泛應(yīng)用于制備軸承、齒輪、滑輪等，尤其是制備一些不能由壓塑或者擠塑法制備的大型器件。該產(chǎn)品制備過程極其簡單。二.市場前景鑄型尼龍(MC尼龍）是目前應(yīng)用最廣泛的工程塑料之一，高性能鑄型尼龍(MC尼龍）取代銅、鋁、鋼和鐵等金屬材料是今后工程塑料的主要發(fā)展方向。三.規(guī)模與投資本項目特別適合現(xiàn)有MC尼龍的企業(yè)，基本不需要額外投資。對于新建企業(yè)，進口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備差異較大，如果選用國產(chǎn)人工澆鑄，投資很少。四.生產(chǎn)設(shè)備主要設(shè)備：反應(yīng)釜，澆鑄設(shè)備五.效益分析每噸產(chǎn)品利潤約2000-3000元。六.合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓

將石墨烯進行二維或三維組裝，制備透明可導(dǎo)電薄膜、復(fù)合導(dǎo)熱膜及吸附材 料技術(shù)。

石墨烯基多種納米復(fù)合材料的制備及用于光催化技術(shù)。

石墨烯增強金屬基復(fù)合材料制備及性能研究

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質(zhì)的石墨烯三維體相材料是材料學(xué)研究中兼具學(xué)術(shù)價值和實用意義的重大挑戰(zhàn)。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學(xué)鍵構(gòu)筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發(fā)射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現(xiàn)有效的直接光驅(qū)動，此現(xiàn)象為國內(nèi)外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應(yīng)用價值。上述材料的制備及相關(guān)性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉(zhuǎn)換與存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料支持與相關(guān)理論支撐。