石墨烯特色小镇将从理想照进现实

纳米技术与信息技术、生物技术堪称当今世界高新技术三大支柱,纳米科技更是成为第四次产业革命的主导。石墨烯作为由单层碳原子组成的二维晶体,是制备功耗更小、速率更高的新一代纳米电子元件的重要基础性材料,它的发现是纳米科技发展史上的一个里程碑事件。

“石墨烯纳米材料作为特种尖端装备技术所依托的全能材料,其商业化应用成果将给特种装备和民用产品带来巨大变革,并驱动价值数万亿美元的新兴产业链。”中国石墨烯商业应用旗舰计划工作委员会秘书长、中国国际石墨烯资源产业联盟副秘书长、全国工商联特色小镇发展委员会主任赵猛博士在前不久举行的西安纳米科技学会2017年学术年会期间,高度肯定了石墨烯在特种领域的革命性意义。

西安纳米科技学会2017年学术年会现场

据悉,本次会议由西安纳米科技学会主办、陕西省先进储能电子材料与器件工程研究中心、西安交通大学新型储能与能量转换纳米材料研究中心承办,来自西安交通大学、陕西师范大学、西安科技大学、陕西科技大学、西安建筑科技大学、西北大学、西北农林科技大学等西安市部分高校从事纳米科技相关研究的学者和学生120余人参加了此次会议。会议期间,赵猛就石墨烯纳米新材料的应用前景以及石墨烯特种装备小镇的战略构想接受媒体专访,引发广泛关注。

赵猛表示,相比于一般的基础材料,以石墨烯为代表的低维材料是高新技术产业和先进制造业的基础,是衡量一个国家或地区经济、科技实力的重要标志。石墨烯的优异特性,将使其在超轻质飞机、红外导引头、激光武器、光电探测装备、超轻便防弹衣等特种领域大有作为。欧美日韩等发达国家早已争相开展石墨烯在超级计算机、高灵敏传感器、便携电子器件和先进防护材料等与特种密切相关领域的战略性开发,以期占据特种前沿技术的制高点。

1、石墨烯将提高计算机的存储和运算能力,减小体积,降低能耗

计算机是武器火控系统的核心,其数据处理和存储能力决定着弹道计算和快速打击的精准度。石墨烯器件制成的计算机速度比硅基微处理器高1000倍达太赫兹,在装备设计制造模拟、战场模拟、核爆模拟以及情报分析有重要意义,另外石墨烯器件还具有尺寸小、耗能低、发热量少等特点。

2、石墨烯将提高传感器的灵敏度,促进微型化

石墨烯具有优异的光学、磁学、热学和力学特性,是制备新型轻薄传感器最有潜质的材料。2014年,美国密歇根大学研究者将石墨烯夹入镜片之间,构建了一种能捕捉可见光和红外线的传感器。镜片可做成比手指甲更小,结合于隐形眼镜中,未来这种智能隐形眼镜应用于士兵可获得夜视能力。

3、石墨烯将提高装备的防护性能和隐身能力

石墨烯优越的力学性能,在抗弹防护方面具有广泛的应用前景。将石墨烯与其它轻质高强材料复合,有望获得高性能轻型装甲系统。同时鉴于石墨烯的轻质高强特性和热、电性质,石墨烯还可用于隐身防护领域。2013年,美国加州大学制备了石墨烯基红外隐身涂层,通过改变反射光的波长来实现红外隐身。这种材料可大面积涂覆于结构和平台表面,实现特种伪装。

4、石墨烯将提高特种和移动通信安全

在千兆赫兹频段的电磁波覆盖特种以及移动通信等重要领域,而在聚合物基体中引入石墨烯,不仅可提高复合材料的结构性能,并且能显著提高其电磁屏蔽性能,提高安全性。

5、石墨烯使现代燃料电池更高效、更安全、更环保、更轻薄

燃料电池中的核心部件“质子传导膜”存在燃料渗透等难题,极大限制了燃料电池的大规模应用。如果采用石墨烯和氮化硼等单原子层二维材料作为“质子传导膜”,可使现代燃料电池更高效、更安全、更环保、更轻薄。在特种航天、特种领域都会有广泛应用。

6、石墨烯防弹材料可用于特种和民用领域

相比于传统的防弹材料,石墨烯防弹材料拉伸强度提升25%,定伸强度提升80%,耐温性提高到180℃,重量减轻10%-20%,抗冲击力提高30%,防弹效果大大增强。可广泛应用于武装直升机防护装甲、防弹衣、轻型防护装甲、防爆装备等特种产品中,在民用防弹材料市场及特种防弹材料市场均具有广阔的市场前景。

7、石墨烯海绵——最轻固体新材料

石墨烯海绵,是目前世界上已知的最轻固体新材料,属于一种气凝胶,拥有优异的导电性、超弹性、吸油防火、超高孔隙率等一系列性能。因为其特殊的弹性,可以任意的变换形状,被压缩成任何的程度,都能以最快的速度恢复原状。

在谈到石墨烯特种装备小镇时,赵猛强调产业是生命力,特色是竞争力。目前石墨烯在特种装备领域的应用已经日趋成熟,依托区域特种企业资源优势,发展石墨烯产业,推动“石墨烯+特种装备”的创新融合,对带动相关下游产业技术进步,提升特种装备的创新能力,加快特种和民用技术产品转型升级,激活潜在消费等,都有着重要的现实意义。

当前,在产业政策支持下,军民融合不断提速,军转民推进效率提升,同时也为优势民企带来更多机会。赵猛认为,石墨烯特种装备小镇的发展要紧抓住军民融合发展的机遇,围绕石墨烯材料应用开发建立军民口科研机构协作机制,推动技术成果、信息资源共享,促进专业人才、基础设施等要素的互动,借助建设以军民结合为特色的新型工业化产业示范基地,带动提升石墨烯产业军民融合水平。在他看来,石墨烯特种装备小镇既是特种特种主题科普教育基地,又是军民融合产业及特种科技成果转化发展平台。

赵猛自信地表示,在我国急需找到经济转型新的增长点的形势下,以特色小镇为产业集聚转化载体,发展高技术、高回报的军民融合产业正当其时。未来石墨烯的大规模开发和应用,必将对电子、能源、材料、特种、航天、特种、机械等领域产生深刻影响,以“|石墨烯+360行”为基础的石墨烯特色小镇旗舰计划也必将加快“中国梦”、“强国梦”照进现实的步伐。