石墨烯这个名词对大多数人来说并不稀奇,也有不少人知道它拥有非常棒的性能。
但具体如何,大多数人说不上。
就只说它的力学性能,理论杨氏模量达1.0tpa,固有的拉伸强度为130gpa。
这是什么概念呢?
杨氏模量的大小标志了材料的刚性,杨氏模量越大,越不容易发生形变。它是沿纵向的弹性模量(不同于水平及其它方向),是弹性模量的一种。
碳钢的弹性模量为196-206gpa,铝为68gpa,玻璃为55gpa,纵纹木材为9.8-12gpa,而横向木材为0.5-0.98gpa左右。
从这些数据对比可以看出来,石墨烯是碳钢的5倍左右(1t=1024g)。
但它固有的抗拉强度竟然达到130gpa,是我们常见碳钢材料q235b的350倍左右,这就很恐怖了。
当然,如果仅仅于此,并不稀罕。
比如玻璃的弹性模量比碳钢的弹性模量也差不少,但玻璃的韧性并不好。
而石墨烯的韧性非常好,可以弯曲,即具有柔韧性。
在金属材料界有个认知,越是抗拉强度大,它的硬度就大,韧性就差,即越脆。
石墨烯不属于金属材料,本质就是石墨,它是很硬,但它韧性并不差。
所以,它才引起科学界重视。
那么,如果能够量产,光凭这个力学性能应用就非常广了。
获得诺贝尔物理学奖的科学家曾这样比喻其强度:利用单层石墨烯制作的吊床可以承载4kg的重物。
这样可以估算,如果将多层石墨烯叠放在一起,使其厚度与食物保鲜膜相同的话,便可以承载一辆2吨重的汽车。
一层保鲜膜的厚度大概是0.01毫米,按照这比例估算的话,推算出单层石墨烯大概是0.00002毫米,十万分之二毫米。
实际上,单层石墨烯要薄许多。
其实,石墨烯一层层叠起来就是石墨。
只不过,石墨中的石墨烯并不连成一起,没有编制成一张网。
再从其它性能来看,熔点3850c左右,比金刚石还要高500c,说明它的稳定性,如果熔点只有几百摄氏度,比如铝,高温情况下将不能使用,这个性能非常重要。
再加上的密度很低,优越的导电性等等,可应用的领域就多了。
不过,它的制造难度非常大,目前只活跃在实验室中,并没有实际应用。
星海集团有一个二十人左右的科研团队,目前累积也投入了一亿元科研资金(包括人员成本),在实验室可以提取出来,虽然水平处于世界一流,但依然没法量产。
这样的科研项目组在星海集团有不少,至今做出来的成果只限于实验室,没法量产。
沐阳打算研制它,主要应用于超级计算机和柔性材料等。
石墨烯电池方面,它有个优势,解决了新能源电池充电时间长的问题,充电效率能达到锂电池的100倍,并且充电循环超过5万次,同时还避免了穿刺、撞击时起火风险,并且不需使用钴、镍等金属。
但是,在能量密度方面,就比较差了,按照各国目前实验室的理论来看,约为每公斤65 wh,仅为星海集团三元锂电池能量密度的四分之一。
如果这样的能量密度用在新能源电池上当然不行,客户宁愿充电时间长一些,但如果能够解决能量密度问题,接近三元锂电池的话,而且成本低,那在新能源汽车领域才有市场。
否则,它就是鸡肋了。
石墨烯量产都难,想低成本不太可能。
所以,沐阳也没指望搞什么石墨烯电池,有那个精力,还不如继续深入提升三元锂电池的电池容量。毕竟星海集团在这个行业已经是龙头企业,也收购了大量原材料。
但不管如何,石墨烯的特殊力学性能作用,使它的应用非常广泛。
对航天来说,可以减轻许多装置。
可以应用在防弹车上,使车辆更轻;