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中国制造新型石墨烯膜材料 手机能做成手镯模样

导读: 浙江大学高分子系高超教授团队制造出的一种新型材料“石墨烯膜”材料,它解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题。

6月5日下午,笔者在浙江大学高分子系的实验室里,见到了这一神秘材料:它的导热率最高达到2053W/mK(瓦/每米每度)——可以媲美目前世界上导热最有优势的材料金刚石,创造了世界上宏观材料导热率的新纪录;同时还具有超柔性,可被反复折叠6000次,承受弯曲十万次。

这就是浙江大学高分子系高超教授团队制造出的一种新型材料“石墨烯膜”材料,它解决了宏观材料高导热和高柔性不能兼顾的世界性难题。

在新一期《先进材料》(《Advanced Materials》,材料科学领域的国际领先学术杂志之一)上,高教授团队发表了相关的论文,这种新材料,有望在新一代柔性电子器件、航空航天等领域获得重要应用。

要不冷酷到底 要不脆弱不堪

大多数的电子器件,有“直男”的性格:导热能力强,但不够柔韧。比如有些无机陶瓷晶体材料,导热率非常高,但却脆弱得很。好像男人长得高帅,但太大男子主义,一言不合就崩掉;

再比如金属材料,虽然具有好的延展性,但其导热率最高值约为429W/mK。这种材料如果是“男子”,男友力高,吵架会让着你,但是不高冷。

直到英国曼彻斯特大学Andre Geim和Konstantin Novoselov两位教授发现了温柔与高冷兼得的石墨烯,才解决了这个问题,他们两位因此获得2010年诺贝尔物理学奖。

人们发现了“理想男友”,石墨烯这种碳材料,为解决“兼顾导热性与柔韧性”,提供了理论上的可能。

但遗憾的是,目前已报道的粉体型石墨烯,片小、缺陷多。用它们组装而成的宏观材料,导热率和柔韧性都欠佳,还比不上已经商业化的石墨膜。

石墨膜是什么?它就用在你的手机背板上。它的散热性基本能够承受住手机高功率工作,顶多是在打游戏时候有点发烫;一般的石墨膜在柔韧性上,还能和塑料拼一拼——弯一弯没问题,但折叠几次,就会断掉。

到底牛在哪里 和石墨膜PK一下

不过,作为一支潜力股,石墨烯当然不会被轻易放弃,这从石墨烯概念股受到市场关注就可见一斑。

2013年,高超团队制备出世界上最轻固态材料碳海绵。报道问世当天,石墨烯相关的内地股票全线飘红。

而这一次,高超团队创造性地提出了“大片微褶皱”的新思路,制备出石墨烯膜——把大片石墨烯交错垒叠起来,制作成宏观石墨烯膜,可实现高导热率;然后给石墨烯膜加入微褶皱结构,使材料在拉伸弯折时有足够的拉伸空间,就可确保高柔性。

昨天,在浙大的实验室里,钱报记者第一次近距离看到了石墨烯膜,颜色跟海苔差不多,柔软得像布料。

效果怎样?高超团队买了一只目前市场上号称背板散热膜最先进的手机。用手机背后的石墨膜,和他们制备的石墨烯膜进行了比对测试:

先比导热性。同样是玩游戏《王者荣耀》,通过石墨膜散热的那只手机,测量到背板CPU处的温度大概是39℃。而换成用上石墨烯膜的手机,背板温度33℃。

虽然只有6℃的差值,但一般来讲,手机体温提高8-10℃,“发高烧”的频率越高,报废期限就来得越快。而电子产品失效率,50%以上是由于高温。

再比柔韧性。目前最牛的石墨膜材料,可以在同一个地方正反方向共折叠6次。而高超团队的石墨烯膜,可以耐受10万余次的弯曲,同时不影响其导热导电性能。更神奇的是,在反复折叠6000次后,这张石墨烯膜仍没有断裂。

将来,人类的事业仍然关乎脚踏实地的地球生活和仰望星空的探索事业。
可以想象一下,如果要手机像手镯一样随意弯扣在手腕上,至少作为导热用的石墨烯膜已经攻克了这一难题。

更高端的应用,还可以体现在探索宇宙奥妙上,飞出外太空的航天器,还面临节省材料、减少重量,面朝、背对太阳产生巨大温差等问题,有一种可以屈伸又高导热性的材料,可以一并解决这些问题。

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