石墨烯這個名詞對大多數人來說並不稀奇,也有不少人知道它擁有非常棒的性能。
但具體如何,大多數人說不上。就只說它的力學性能,理論楊氏模量達1.0tpa,固有的拉伸強度為130Gpa。
這是什麼概念呢?楊氏模量的大小標誌了材料的剛性,楊氏模量越大,越不容易發生形變。
它是沿縱向的彈性模量,是彈性模量的一種。碳鋼的彈性模量為196-206Gpa,鋁為68Gpa,玻璃為55Gpa,縱紋木材為9.8-12Gpa,而橫向木材為0.5-0.98Gpa左右。
從這些數據對比可以看出來,石墨烯是碳鋼的5倍左右。但它固有的抗拉強度竟然達到130GpA,是我們常見碳鋼材料q235b的350倍左右,這就很恐怖了。
當然,如果僅僅於此,並不稀罕。比如玻璃的彈性模量比碳鋼的彈性模量也差不少,但玻璃的韌性並不好。
而石墨烯的韌性非常好,可以彎曲,即具有柔韌性。在金屬材料界有個認知,越是抗拉強度大,它的硬度就大,韌性就差,即越脆。
石墨烯不屬於金屬材料,本質就是石墨,它是很硬,但它韌性並不差。
所以,它才引起科學界重視。那麼,如果能夠量產,光憑這個力學性能應用就非常廣了。
獲得諾貝爾物理學獎的科學家曾這樣比喻其強度:利用單層石墨烯製作的吊床可以承載4Kg的重物。
這樣可以估算,如果將多層石墨烯疊放在一起,使其厚度與食物保鮮膜相同的話,便可以承載一輛2噸重的汽車。
一層保鮮膜的厚度大概是0.01毫米,按照這比例估算的話,推算出單層石墨烯大概是0.00002毫米,十萬分之二毫米。
實際上,單層石墨烯要薄許多。其實,石墨烯一層層疊起來就是石墨。
只不過,石墨中的石墨烯並不連成一起,沒有編製成一張網。再從其它性能來看,熔點3850c左右,比金剛石還要高500c,說明它的穩定性,如果熔點只有幾百攝氏度,比如鋁,高溫情況下將不能使用,這個性能非常重要。
再加上的密度很低,優越的導電性等等,可應用的領域就多了。不過,它的製造難度非常大,目前只活躍在實驗室中,並沒有實際應用。
星海集團有一個二十人左右的科研團隊,目前累積也投入了一億元科研資金,在實驗室可以提取出來,雖然水平處於世界一流,但依然沒法量產。
這樣的科研項目組在星海集團有不少,至今做出來的成果只限於實驗室,沒法量產。
沐陽打算研製它,主要應用於超級計算機和柔性材料等。石墨烯電池方面,它有個優勢,解決了新能源電池充電時間長的問題,充電效率能達到鋰電池的100倍,並且充電循環超過5萬次,同時還避免了穿刺、撞擊時起火風險,並且不需使用鈷、鎳等金屬。
但是,在能量密度方面,就比較差了,按照各國目前實驗室的理論來看,約為每公斤65wh,僅為星海集團三元鋰電池能量密度的四分之一。
如果這樣的能量密度用在新能源電池上當然不行,客戶寧願充電時間長一些,但如果能夠解決能量密度問題,接近三元鋰電池的話,而且成本低,那在新能源汽車領域才有市場。
否則,它就是雞肋了。石墨烯量產都難,想低成本不太可能。所以,沐陽也沒指望搞什麼石墨烯電池,有那個精力,還不如繼續深入提升三元鋰電池的電池容量。
畢竟星海集團在這個行業已經是龍頭企業,也收購了大量原材料。但不管如何,石墨烯的特殊力學性能作用,使它的應用非常廣泛。
對航,可以減輕許多裝置。可以應用在防彈車上,使車輛更輕;也可以應用在戰鬥機、軍艦、坦克、防彈衣上,強度更強,可以整體輕型化。
沐陽打開成就點商店,搜索石墨烯相關的生產製造技術,要求能夠大量生產的。
很快跳出幾十款技術,有單層石墨烯和多層石墨烯技術。既然有多層石墨烯製造技術,沐陽更傾向於這個,畢竟單層石墨烯太過於薄了,真要投入使用,還是需要進行疊加。
石墨烯的原子間可以透過光子,只要不是很厚,可以說它是透明材料。
比如它可以與布、尼龍疊加,做成防彈衣、輕型防彈頭盔及其它韌性好的工具,比如一把傘,也可以用來擋子彈,也可以用來製造強度非常強悍的柔性曲面屏幕,輕型防彈玻璃,太多太多用處了。
目前製備石墨烯的方法有不少種,比如機械剝離法、氧化還原法、取向附生法、碳化矽外延法、赫默法、化學氣相沉積法等。
而商店裡的製備方法,大多與碳化矽外延法非常相似,稱為碳化矽堆積法。
也說明了其它製備方法想走量產走不通。碳化矽堆積法是通過在超高真空的高溫環境下,使矽原子升華脫離材料,剩下的c原子通過自組形式重構,從而得到基於Sic襯底的石墨烯。
想搞多少層就可以搞多少層,也可以十層、一百層那樣鋪一起。這種方法可以獲得高質量的石墨烯,但是這種方法對設備要求較高。
有些類似金屬3d增材工藝製造方法,可以控制尺寸大小和任何形狀。
沐陽一一瀏覽技術介紹,選擇一項比較適合公司的技術。成就點需求很多,高達1000點,讓沐陽有些肉疼。
「確定購買!」十多分鐘後,沐陽吸收完【碳化矽堆積法】技術,對它有了更深的了解。
按照技術介紹,基礎設備有些類似金屬3d增材設備,但需要在真空、超高溫環境下製造。
這樣子的生產製造要求,哪怕能量產,成本不會低到哪裡去。相對於實驗室那種一克成本就高達上千元,那肯定廉價多了。
一台設備製造成本大概需要五千萬元,每小時可生產10公斤,能耗主要是電,這種設備功率幾百千瓦,每小時電費數百元。
大概估算下,一公斤石墨烯的生產成本約數百元,沐陽覺得很廉價了。
畢竟石墨烯材料是要與其它材料混用的,比如製作防彈衣,每層布摻雜上一絲厚度石墨烯,強度就相當於3.5毫米厚普通鋼板,1毫米高強度板。
所以,如果用作防彈衣,10絲厚度石墨烯就足夠防AK47十內攻擊不破了。
假如一套防彈衣使用1平方米石墨烯,厚度為10絲,按照其密度2~2.3g\/cm3,質量僅僅200-230克,石墨烯原材料成本僅僅百來塊錢。
如果用在防彈車上,鋪設在玻璃、車皮上,僅需要幾公斤石墨烯,就可以減輕數百公斤甚至上噸重防護裝甲板。
換到坦克車上,那減輕的重量就更多了。石墨烯,對輕型化具有非常重大的意義。
花1000點成就點,可沒白花。沐陽越是了解它的性能和作用,越感到驚喜,非常期待研製出來。
接下來幾天,沐陽花了不少時間輸出石墨烯的設備資料,召開高層和戰略部人員,宣布進入石墨烯項目,把它列為公司核心項目。
「董事長,我們研製的石墨烯有重大進展啦?」一位戰略專家好奇問道。
「理論上有大突破,需要研製相關設備驗證一下,也許我們能夠實現量產。」沐陽大概透露一下。
大家聽到董事長如此肯定,那多半真有大突破了,每個人臉上露出驚喜。
眾人對石墨烯有所了解,知道它的作用非常大。
「召集大家開會,就是宣布這一事項,接下來我會主持這方面的科研工作。」沐陽接著說道,接下來,他大概述說一下計劃,周晨會安排組織相關人員,光目前的項目組人員是不足夠調用的。
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第599章 恐怖的石墨烯