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我国科研团队研发碳纳米纤维管—新闻—科学网

发布时间:2017-12-04 阅读:

  R研发团队在中国的碳纳米纤维管 - 新闻中心 - 科学网

  图①乙烯研究小组首席科学家邓飞博士(中)和研究小组成员对实验样品的观察。经济日报记者王毅摄

  图2.电子显微镜下的乙烯碳纳米管纤维。 (数据图片)

  图③Envin Technology碳纳米管集群。 (数据图片)

  图④邓飞在显微镜下。经济日报记者王毅摄

  碳纤维作为军民两用的新材料,被誉为二十一世纪的黑金,被列为我国国防和航空科技发展的重点研究对象。然而,其筹备的关键技术早已被美国,日本等发达国家所垄断,中国长期处于尴尬境地。

  不久前,海归创业团队乙烯技术公司宣布,其碳纳米管不仅在现有高性能碳纤维的基础上发展,其制备成本将远远低于传统碳纤维。在不久的将来,碳纳米纤维管将大规模取代碳纤维,帮助我国实现该领域的曲线超车。

  最重要的新材料

  碳纤维与普通纤维相比,是在惰性气体环境下,在1000〜3000℃的高温下,通过有机固体聚合物纤维的热解和石墨化而形成的碳含量超过90%的纤维。其机械,化学,电器等突出业绩,是国家不可缺少的国防经济和国防战略新材料。

  被称为极限纤维的碳纳米管由同轴缠绕成管(单壁碳纳米管)或同轴碳纳米管鞘管的单层石墨组成。碳纳米管的直径一般为一至十纳米,比其直径长得多,并且具有许多非凡的物理性质(机械,电学,热学)和化学性质。它们是一维碳纳米材料。碳纳米管作为目前人类发现的最好的力学性能,具有极高的拉伸强度,杨氏模量和断裂应变。

  碳纳米管纤维是将成千上万的单个纳米管捻合在一起的宏观纤维。具有重量轻,强度高,通用性强的特点。它们是新一代特种纤维材料,对高端科技的发展具有重要的战略意义。学术界普遍认为,碳纳米管纤维作为下一代新型高强度纤维材料,可以应用于高强度材料的许多领域,特别是在航空航天领域。

  碳纳米管纤维增强高级纳米复合材料具有重量轻,强度高,弹性模量高的特点。在相同的强度下,碳纤维复合材料的重量仅为铝合金的七分之一,其性能超过目前航空航天领域的碳纤维复合材料。它不仅在民用领域有广泛的应用,而且对武器装备性能的提高作出了很大的贡献,被广泛应用于飞机机体,发动机,导弹炮弹等领域。

  以航空航天复合材料为例,随着飞机各种功能的不断完善和石油燃料价格的不断上涨,碳纤维增强复合材料在航空航天飞机主要构件上的比例不断增加。机械性能要求越来越高。

  在高端汽车领域,碳纤维复合材料的使用也成为趋势。值得一提的是,碳纤维复合材料将轻量化,高强度,高安全性,可以大大提升驾驶体验。如果把碳纤维复合材料的应用领域扩大到普通汽车领域,可以大大降低能耗,减少环境污染。

  除航空航天和汽车应用外,碳纤维复合材料还用于新能源和民用应用,如风力发电,燃料电池,电池和超级电容器。随着下一代能源的不断扩大,对民用碳纤维的需求将会增加。

  打破国外垄断势在必行

  由于种种原因,我国碳纤维行业长期受到技术和产品禁运及价格压力的阻碍,目前国内企业只能生产低品位碳纤维,生产规模也很小,无法有效保证产品一致性高,成本高,导致国内大型飞机,战斗机,无人机等重大国防工程和汽车领域采用先进复合材料,合格率远远低于国际先进水平和工业设备制造业,过时的材料加工技术严重制约了中国高端制造业的发展。

  记者了解到,到现在为止,为了达到FAA国际标准的性能,可以广泛应用于客机碳纤维生产技术上,基本掌握在美国,日本等少数几家公司手中,并达到该机采用最高等级的T800H,T800S,几乎完全由日本东丽垄断。

  为此,国务院于2015年颁布的“国2025”十年行动纲领,将碳纤维材料作为国防和航空科技发展的重点研究对象,并制定了R ð和生产碳纤维材料。

  新材料,碳纤维是最重要的,但我国已经难以取得重大突破,特别是高频率不均匀性,毛羽,力学性能也随之上涨,而国外产品质量差距拉大,无法准备航天结构材料。中国晚期物质科学之父常昌熙公开坦率地讲了话。

  可以炒一百亿美元的市场

  好消息是,中国在碳纤维行业的被动局面即将改变,创业团队回到了乙烯湾,在世界上首个碳纳米纤维生产项目启动仪式上表示,技术团队已经开发出大量生产碳纳米管纤维材料,不仅在性能上超越现有的高性能碳纤维,其制备成本也将远低于传统碳纤维。

  乙烯湾研发小组组长,首席科学家邓飞博士毕业于东京大学,研究方向是下一代CFRP纳米复合材料。从医生毕业后,邓飞在美国特拉华大学复合材料中心继续从事先进纳米复合材料的研究。作为目前碳纤维材料和先进复合材料的权威性研究机构,特拉华大学复合材料中心凭借世界顶尖的研发团队和科研技术,积累了雄厚的技术力量预备队,最终带领球队取得突破。

  据公开搜索,目前美国,日本,澳大利亚和韩国的研究团队正在从事碳纳米纤维管的研究。然而,根据该期刊发表的性能测试数据,乙烯技术拥有两项最重要的指标强度和杨氏模量方面的领先数据,分别达到3.2-5.05 / Gpa和120-330E / Gpa,性能差不多等于最先进的T800H和T800S碳纤维。

  据业内杂志Reinforced Plastics估计,到2015年,全球碳纤维复合材料市场达到290亿美元。 “2015-2020年中国碳纤维市场发展趋势及投资策略分析报告”指出,到2020年,国内碳纤维需求量将达到2.6万吨,年均增长率约为18.8%。到2020年,中国碳纤维产业的市场规模将达到128亿美元。

  根据邓飞的设想,凡是需要碳纤维应用的人,碳纳米管纤维都可以有更好的性能,更低的成本来完成更换。

  虽然看起来外面的世界很激进,但邓飞却有足够的信心。他的实力来源于乙烯湾的核心技术和R队。

  为了尽快实现碳纤维综合替代的目标,邓飞成立了博士生导师。研发团队。团队成员毕业于国外着名院校,不仅涉及项目涉及的课题和方向,而且具有丰富的生产工艺和自动化设备设计经验。目前,该队已获得多项专利,样品和生产设备试制进展顺利。

  除了核心团队之外,邓飞的研究也得到了众多行业领袖和资深学者的支持,在第一届乙烯技术大规模生产项目启动仪式上,东京大学博士生唐飞教授,日本东京大学和东京大学研究生院新领域先进能源工程研究部门教授武田展雄老年人,从东京到深圳专程旅行,目睹了大规模生产项目。

  目前,乙烯技术已获得宋禾资本1000多万元的风险投资,并同时在中国深圳,美国特拉华州,日本和中国香港运营。 \\ u0026

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