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黑龍江科技大學四種石墨烯應用産品問世

  王振廷介紹石墨烯紡織滌綸絲。

黑龍江日報4月23日訊 一幅壁畫,接上電源,瞬間升溫到110餘度,成為供暖設備,所耗電量僅是傳統電暖器的三分之一;在機器嗡鳴中,一粒粒黑色母粒正被紡成一軸軸灰線,此線不但兼備普通線的性能還具有抑菌、抗菌和防靜電等特效。這兩款産品性能的神奇之處,是因為他們的主要材料裡都加入了石墨烯。而将性能被譽為新材料之王的石墨烯成功“紡”進線裡“印”進畫裡的,是黑龍江科技大學材料科學與工程學院院長王振廷和他的團隊。經過8年攻關,目前,王振廷團隊已研制出石墨烯導電油墨、石墨烯紡織纖維、石墨烯潤滑油、石墨烯防腐塗料等四種石墨烯應用産品,并實現量産。

領先國内建立起全省首條石墨烯生産線

石墨烯制備是石墨烯應用的前提。日前,記者來到位于哈爾濱新區的黑龍江科技大學,在王振廷帶領下走進我省唯一石墨烯應用研究重點實驗室、省石墨烯粉體應用工程技術研究中心。一進門,便是石墨烯研發成果展室,幾張石墨烯研發成果展闆懸挂于牆上,其中一張展闆格外引人注目:2012年,黑龍江科技大學整合校内資源,成立了石墨烯制備與應用研究中心。2015年,該團隊建立了省内首條石墨烯生産線,成功實現科研成果産業化……首條石墨烯生産線的建立,讓王振廷團隊士氣大振,堅定了石墨烯應用研發之路,并于2016年獲得黑龍江省十大石墨烯團隊殊榮。

“石墨就像一本厚重的書籍,有上百層,甚至上千層,剝的越薄,附加值越高。石墨烯剝離層數不同,其應用性能也不同。石墨烯研發就如同探險,艱難之中總會遇到一個個驚喜。”王振廷團隊在總結國内外石墨烯制備方法的基礎上,自主研發了插層剝離法,生産過程高效、綠色、環保、成本低,生産的石墨烯層數在1~10層之間,做到10納米以下分層可控。該技術指标達到國内領先水平,是目前國内外最适宜大規模生産的新技術之一。“石墨經過剝離,制備出石墨烯,形成石墨烯應用産品的原材料。然而,石墨烯如何轉化成産品,不是簡單的添加,這需要有敏銳的市場嗅覺,更需了解所研發産品涉獵的行業知識,反複試驗,不斷優化。”在王振廷眼中,石墨烯可以應用到生活的方方面面,随着下遊應用産品的研發,他正一步步用石墨烯改變着百姓生活。

全國首創将石墨烯成功“紡”進線裡

在石墨烯研發成果展室内,細到粉末,大到懸挂于牆壁上的石墨烯加熱壁畫,多個石墨烯産品不斷給人驚喜。“看,這兩軸線可不是普通線軸,這裡面加入了石墨烯,具有抑菌、殺菌、抗菌和防靜電的作用。市場上常規滌綸絲賣1萬多元/噸,而石墨烯紡織滌綸絲的價格達到18萬~20萬元/噸。”王振廷告訴記者,該團隊采用天然石墨烯改性技術制備紡織材料在國内尚屬首例。

回首研發路,王振廷口中念叨最多的便是“難,太難了!”2015年,首條石墨烯生産線投産後,王振廷琢磨着石墨烯的抑菌、抗菌、抗靜電等性能,普通布料不具備抑菌性,這要是能把石墨烯加入布料中,肯定受歡迎。石墨烯與滌綸錦綸是不結合的,但王振廷團隊經過無數次試驗、分析,成功突破了天然石墨烯在滌綸紡織材料難以分散、難以紡絲的關鍵技術,将天然石墨烯均勻分散到滌綸紡織材料中。

實驗室研發成功後,王振廷把加入石墨烯的紡織母粒郵寄到南方一紡織廠,讓其幫着紡成線,起初廠家不同意,到後來回饋“效果不行,再郵點試試。”此時,王振廷犯起地嘀咕,“不行,為啥還一再要!他們是不是沒說真話,既然要,這玩意兒肯定行。不等了,自己做!”王振廷團隊堅持研發方向,并于2018年7月成功研發出石墨烯紡織滌綸絲技術,同年9月通過國内最高檢測機構即國家棉印染産品質量監督檢驗中心檢測,各項指标均優于國家标準,這标志着石墨烯在紡織應用領域技術實現重大突破。

石墨烯滌綸紡織纖維的抑菌抗菌和防靜電特性,使其應用前景非常廣闊,可以在婦女兒童内衣、醫院床單、防菌服、軍隊和特種行業大顯神威。目前,該團隊與雞西市昌隆石墨制品有限公司合作,生産石墨烯母粒及滌綸紡織纖維,攜手進軍紡織業。

不斷求索讓石墨烯應用到更廣闊領域

在石墨烯研發成果展室内,一張黑乎乎的“大塑料闆”靜靜地依靠在玻璃站台旁。王振廷指着它說:“石墨烯滌綸纖維不是最牛的,這才是我最驕傲的研發成果。插上電讓她們看看!”随即王振廷學生接通電源,記者手指剛觸碰到“大塑料闆”,一股熱流“燙”得記者擡起手指,此時測溫器上顯示113度。“這是石墨烯發熱膜,它可以衍生出很多産品,像牆上挂的壁畫,既可裝點家居,又能替代傳統加熱器。”王振廷說,石墨烯電加熱膜可以實現電加熱轉換90%以上,最高加熱溫度可以達到150℃,溫度可根據客戶需求随意調整,與目前使用的電暖器相比節能30%以上。同時,石墨烯加熱膜還具有升溫速度快、無異味、無噪音等特點,其放射出的紅外線還具有保健功能。

“石墨烯加熱膜是我們的核心技術,它的前段産品則是我們另一核心技術,石墨烯導電油墨。”王振廷說,采用自制的石墨烯導電油墨,再經過絲網印刷印在絕緣膜上,進而形成石墨烯發熱膜,該團隊不斷健全石墨烯産業鍊條,應對不同市場需求研發新産品。以石墨烯加熱膜為例,其在蔬菜水果大棚、育苗保溫取暖、加熱壁畫、地闆加熱、地磚加熱、桑拿房等具有廣闊的應用市場。

此外,該團隊與哈爾濱長河特種塗料廠合作生産出石墨烯重防腐塗料,其使用壽命是富鋅環氧重防腐塗料的3倍。王振廷團隊通過實驗研究表明,在普通潤滑油中加入石墨烯改性劑,各項性能指标比肩國外名牌潤滑油。目前,王振廷團隊擁有2項發明專利、2項目實用新型專利及正在申請的4項發明專利。這些專利有些已轉化落地,有些正在轉化路上。當下,王振廷團隊還有四種實用石墨烯産品正在研發中,2年内将實現量産。

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