防彈衣能像襯衣一樣薄么?智能家紡產(chǎn)品如何從原料實(shí)現(xiàn)?或許"石墨烯"可以給我們一個(gè)答案。
"自2010年,物理學(xué)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(xué)獎(jiǎng)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(yù)言,未來(lái) 10 到 20 年,石墨烯時(shí)代將顛覆硅時(shí)代。"
中國(guó)現(xiàn)在正處于"石墨烯淘金熱"中,石墨烯產(chǎn)業(yè)也越來(lái)越多,關(guān)于石墨烯的報(bào)道更是比比皆是,奉其為材料界"網(wǎng)紅"毫不為過(guò)。那么,石墨烯是靠什么上位材料界"網(wǎng)紅"的?中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路到底該怎么走?家紡行業(yè)又能否借此"東風(fēng)"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(yōu)異電學(xué)性能、力學(xué)性能、熱性能、光學(xué)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(zhì)子能夠穿透。石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)到5300W/mK。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料,產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)涉及新材料、能源、環(huán)境、紡織品、航空航天、國(guó)防等領(lǐng)域。
石墨烯能用在哪?
據(jù)相關(guān)材料顯示,目前石墨烯的應(yīng)用分為重應(yīng)用和輕應(yīng)用兩種,重應(yīng)用需要大量資金的投入和較長(zhǎng)周期的開(kāi)發(fā),從而根本上借助石墨烯單層原子優(yōu)勢(shì)替代傳統(tǒng)材料,比如石墨烯在電池、半導(dǎo)體芯片等領(lǐng)域的應(yīng)用,但這類應(yīng)用受限于目前的技術(shù)和產(chǎn)量無(wú)法迅速普及,大多還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。而石墨烯的輕應(yīng)用是面向民用的、可以快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化并能夠給消費(fèi)者帶來(lái)較高性價(jià)比的應(yīng)用,比如石墨烯發(fā)熱和過(guò)濾。
值得一提的是,目前已有企業(yè)將石墨烯應(yīng)用到紡織領(lǐng)域。近年來(lái),石墨烯在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛,石墨烯制備高性能紡織纖維及進(jìn)行紡織品功能整理也漸成行業(yè)研究熱點(diǎn)。
石墨烯有何"神奇"之處?
石墨烯具有優(yōu)異的抗菌性能、低溫遠(yuǎn)紅外功能,將石墨烯整理到織物上,即可制備抗菌織物。相對(duì)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)、有機(jī)抗菌劑,石墨烯基本沒(méi)有細(xì)胞毒性,更適合與人體皮膚直接接觸,具有親膚養(yǎng)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(jié)合,可制備優(yōu)異的抗靜電、電磁屏蔽或者導(dǎo)電織物,可以應(yīng)用于特殊行業(yè),制備出具有優(yōu)異抗靜電性能的采礦職業(yè)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(jié)合,在保持紡織品各項(xiàng)基本性能的同時(shí),具有石墨烯某一種或幾種獨(dú)特性質(zhì)的紡織產(chǎn)品。石墨烯紡織品在導(dǎo)電、防輻射、防紫外線、抗菌、特殊防護(hù)和智能織物等領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。
據(jù)了解,目前已有家紡企業(yè)開(kāi)始將石墨烯進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,并成功制造出集超強(qiáng)低溫遠(yuǎn)紅外、抗菌抑菌等多種功能于一身的石墨烯健康產(chǎn)品,在改善微循環(huán)、促進(jìn)新陳代謝方面起到了至關(guān)重要的作用。此外,除菌襪品、功能內(nèi)衣、助眠烯枕等各大系列產(chǎn)品,均受到部分消費(fèi)者的青睞。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透漏,石墨烯在智能紡織品領(lǐng)域也大有發(fā)展。之所以選擇將石墨烯應(yīng)用到智能紡織領(lǐng)域是看重了石墨烯良好的導(dǎo)熱性,由于石墨烯的電熱轉(zhuǎn)換效能可達(dá) 99%,與其他發(fā)材料相比有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì);其次,傳統(tǒng)的電阻絲發(fā)熱,容易發(fā)生短路著火、遇水聯(lián)電不安全、人體舒適感低等情況。把石墨烯嵌入到纖維結(jié)構(gòu),捻線織成的布可支持 3.7V 安全電壓,并可根據(jù)情況通過(guò) APP 控制升溫速度及溫度。就用戶體驗(yàn)來(lái)講,提升了安全性及舒適度。除了發(fā)熱速度快之外,其在發(fā)熱均勻度、發(fā)熱效率方面比碳纖維和電阻絲要優(yōu)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(shuō),目前石墨烯產(chǎn)業(yè)的大環(huán)境火爆且浮躁,產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有很大空間。在其他重應(yīng)用還未成型的前提下,這不失為是對(duì)石墨烯一種新的應(yīng)用。不過(guò),石墨烯的價(jià)格雖然在2015年驟降,但相對(duì)其他紡織原料來(lái)說(shuō)還是奢侈品,如果大范圍的應(yīng)用在衣服上,成本就是必須考慮的問(wèn)題。
值得一提都是,2015年底某品牌自主研發(fā)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(wàn)的金額收官,近6000人參與了活動(dòng)。這款披肩以石墨烯作為發(fā)熱載體,通過(guò)APP進(jìn)行溫控,5V安全電壓供電,使用方便,安全可控。
很多人問(wèn)石墨烯究竟能走多遠(yuǎn),對(duì)此,有專家給出三種假設(shè):
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(huì)像碳纖維那樣,成為某個(gè)特定行業(yè)的殺手锏級(jí)材料。
第二種類似于塑料。一百多年前人們發(fā)明了塑料,現(xiàn)在你離不開(kāi)它,我們難以想象沒(méi)有塑料的生活是什么樣子。石墨烯有沒(méi)有這樣的可能呢?
第三種類似于硅芯片??梢哉f(shuō)現(xiàn)在是硅時(shí)代,因?yàn)楣韪淖兞巳祟惖木裆?。石墨烯或許也有這個(gè)可能。
若問(wèn)石墨烯未來(lái)走勢(shì)如何,有人說(shuō)碳纖維研發(fā)歷史對(duì)此很有借鑒意義。實(shí)際上,早年的碳纖維只能做釣魚(yú)桿,而現(xiàn)在的碳纖維已成為先進(jìn)航空器的支撐材料。同樣叫碳纖維,但強(qiáng)度完全不一樣。相信石墨烯材料也會(huì)走同樣的路,只是需要時(shí)間的積淀,需要持續(xù)的投入,更需要耐心。
(本文部分內(nèi)容及觀點(diǎn)源自"劉忠范院士在'2016中國(guó)國(guó)際碳材料大會(huì)'演講內(nèi)容"及"新材料在線"。)
[編輯:田田]