儲能應(yīng)用:
石墨烯因其獨特的二維納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的導電性能,可作為電化學儲能組件的導電添加劑,有效包覆電極材料表面,改善電極材料導電性不佳的缺點,同時能夠配合其他導電添加劑(碳納米管、碳黑等),構(gòu)建完整的導電網(wǎng)絡(luò),大幅提升鋰電池、超級電容器等電化學組件的效能。
1、鋰電池應(yīng)用:
鋰電池的正極材料由導電性不佳的陶瓷材料組成,將石墨烯粉體均勻分散于正極材料漿料中,包覆于正極材料表面,可大幅改善接觸電阻,相較于傳統(tǒng)碳黑導電添加劑,可大幅提升正極材料的沖放電速度與循環(huán)壽命。石墨烯粉體也可分散于負極材料中,對于硅材料負極,除導電性的提升之外,亦可抑制硅于充放電時的體積變化,并貢獻電容量。因此石墨烯粉體在鋰電池應(yīng)用上充滿潛力。
2、超級電容器應(yīng)用:
電雙層超級電容器的電極材料由高比表面積的活性碳組成,隨著操作功率放大,能量密度由于組件本身的內(nèi)阻而增加損耗。將石墨烯粉體分散于電極材料漿料中,可大幅改善整體導電性,降低組件阻抗,提高超級電容器操作功率與循環(huán)壽命。
防護應(yīng)用:
石墨烯的二維納米蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成了絕大多數(shù)分子無法穿透的物理屏障,而相互交疊的石墨烯片也大大延長了穿透物質(zhì)的路徑,形成了“迷宮效應(yīng)”,對基材起到了極佳的保護與隔絕作用。同時石墨烯優(yōu)異的導電性可形成涂料的陰極保護效應(yīng),應(yīng)用于防腐涂料或防水涂料都可大幅提升產(chǎn)品性能。
1、防腐涂料:
涂料的主體在于樹脂,在綠色環(huán)保的大趨勢下,水性樹脂日趨重要。目前水性樹脂最大的缺點在于防腐蝕性能和抗閃銹能力不如溶劑型樹脂。烯創(chuàng)科技基于石墨烯的特性研發(fā)了石墨烯改性水性樹脂,大幅提升了水性樹脂在耐腐蝕、抗閃銹性與耐水性上的性能。經(jīng)實測石墨烯水性環(huán)氧涂料鹽霧可達1000小時以上,石墨烯水性醇酸涂料鹽霧可達400小時以上,提供了不輸于溶劑型涂料的防護能力。
2、防水涂料:
石墨烯的物理阻隔性和“迷宮效應(yīng)”有效阻隔了水分、氧氣和腐蝕介質(zhì)的滲透,石墨烯的化學穩(wěn)定性和機械增強能力有助于維持涂層的完整性和耐久性,抵抗物理損傷,因此石墨烯改性防水涂料能提供更高的抗?jié)B能力,使涂層水蒸氣透過率降低95%,顯著提升了防水性能。
機械性能應(yīng)用:
石墨烯的二維納米結(jié)構(gòu)賦予其獨特的機械特性,添加于復(fù)合材料中可強化復(fù)合材料的剛性、韌性或強度;二維平面的滑移特性使其兼具耐磨性與潤滑性,對于橡膠或機件潤滑提供更優(yōu)異的產(chǎn)品效果。而石墨烯親油疏水的特性,在傳統(tǒng)泡棉的應(yīng)用上,開創(chuàng)了嶄新的應(yīng)用方向。
1、纖維復(fù)合材料應(yīng)用:
石墨烯的機械強度高于碳纖維,用于復(fù)合材料上可提升整體復(fù)合材料的剛性、韌性與強度等,尤其針對碳纖維或玻璃纖維復(fù)合材料,石墨烯粉體均勻添加于樹脂中再與纖維材料復(fù)合,可有效提升整體纖維復(fù)合材料的機械特性。在極低的石墨烯粉體添加量下,即可提升彎曲強度或沖擊強度達20%以上,有效提高復(fù)合材料等級,達成輕量化目標。
2、橡膠應(yīng)用:
橡膠材料的應(yīng)用著重于耐磨性,將石墨烯粉體均勻分散、混練于橡膠中,可有效提升橡膠材料的耐磨性與韌性。在極低的石墨烯添加量下,即可提升橡膠材料的耐磨性與韌性達20%以上,有效提高產(chǎn)品性能,達成輕量化目標。
3、潤滑油應(yīng)用:
石墨烯的二維納米結(jié)構(gòu)使其具有良好的平面滑移特性,將石墨烯粉體均勻分散于潤滑油酯產(chǎn)品中,在機件運轉(zhuǎn)時貼附于機件表面,可有效降低摩擦系數(shù),延長機件壽命與降低操作溫度。在極低的石墨烯添加量下,即可達到整體機件的摩擦系數(shù)下降超過30%,提供更佳的潤滑性能。
4、泡棉應(yīng)用:
石墨烯粉體親油疏水,因此導入泡棉發(fā)泡制程時,可完全改變傳統(tǒng)泡棉特性,形成超吸油石墨烯泡棉,特別適合應(yīng)用于工業(yè)廢油水的分離,可有效吸附工業(yè)廢油水中的油污,降低工業(yè)廢水的化學需氧量,大幅降低工業(yè)廢水的處理成本和環(huán)保性。
電/磁應(yīng)用:
石墨烯的理論導電性超越金屬材料,且物理法制備的石墨烯粉體成本遠低于銅與銀等金屬價格,不論是作為導電油墨中金屬材料的部分取代或是純石墨烯導電油墨,都具有極高的性價比。另外石墨烯在電磁波屏蔽與電熱涂料中也有優(yōu)異的表現(xiàn)。
1、導電涂料:
石墨烯具有優(yōu)異的導電特性,石墨烯改性的導電涂料,方阻值可低于20 ohm/sq,遠優(yōu)于一般傳統(tǒng)碳黑油墨。同時通過高分子樹脂與溶劑的選配,可開發(fā)出適用于噴涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷等各式工藝的油墨,并具有可拉伸、彎折撓曲等特性,適用于柔性電子、傳感器等各種應(yīng)用。除此之外,石墨烯可部分取代金屬油墨中的貴金屬,在維持導電性的前提下進一步降低成本,提高導電油墨的應(yīng)用范圍。
2、電磁波屏蔽:
通過配方設(shè)計使石墨烯粉體形成連續(xù)涂層或獨立基材,其導電性能將更優(yōu)于導電油墨,適用于電磁波屏蔽應(yīng)用。獨立的石墨烯基材可達到30 dB以上的屏蔽效果,且由于石墨烯柔軟的特性,石墨烯基材可任意彎折撓曲,貼附于各種不規(guī)則狀組件。有別于金屬材料的屏蔽機制,石墨烯作為電磁波屏蔽組件無須接地,大大提升了石墨烯在電磁波屏蔽的應(yīng)用范圍。
3、電熱涂料:
石墨烯的高導電特性搭配適當?shù)母叻肿訕渲?,可做為效率更高、能耗更低的電熱涂料。對于加熱器或地暖等?yīng)用,具有加熱速度更快、輸入電壓更低的特點。在60度的發(fā)熱條件下,僅需5V電壓輸入,功耗低于2瓦,節(jié)能效果明顯。
熱管理應(yīng)用:
石墨烯的理論熱傳導率超越金屬材料,因此將石墨烯粉體添加于各類金屬或高分子復(fù)合材料中可有效提升材料的熱傳導性能。同時石墨烯還具有優(yōu)異的熱輻射特性,可應(yīng)用于散熱涂料、遠紅外線紡織品等多種產(chǎn)品的開發(fā)。
1、散熱涂料:
石墨烯不僅具有優(yōu)異的熱傳導性能,而且其理論熱輻射系數(shù)亦高達0.97,遠高于普通金屬材料。因此石墨烯改性的散熱涂料,可進一步提升涂料的導熱散熱能力,藉由熱輻射效應(yīng)使得金屬散熱組件整體散熱能力提升10%-20%以上。同時通過石墨烯的添加提升涂料的附著力和耐腐蝕能力,滿足金屬散熱器件的表面防護要求,替代傳統(tǒng)污染嚴重的陽極氧化或電鍍工藝。
2、遠紅外線紡織品:
石墨烯通過遠紅外線發(fā)射來傳遞熱輻射,而且遠紅外發(fā)射率高達88%,同時石墨烯遠紅外線波段正處在人體可吸收的范圍內(nèi),可與人體組織產(chǎn)生共振,增加血液流動,改善微循環(huán),促進身體健康。因此當石墨烯與紡織品結(jié)合時,可以提高遠紅外線發(fā)射率,同時利用石墨烯其他的特性達到保溫、抗菌、防紫外線、防靜電等功能,使紡織品具有保暖、防護、保健、理療等功效。