碳海綿的研發(fā)成功,讓那些“石墨烯粉”們沖動(dòng)不已。不過,記者采訪中了解到,浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系教授高超的課題組對(duì)石墨烯應(yīng)用的研發(fā)不止于此。
2011年,高超課題組已經(jīng)嘗試將納米級(jí)的氧化石墨烯片紡制成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的宏觀石墨烯纖維。這種制成石墨烯纖維不但強(qiáng)度高,而且韌性好,可能是實(shí)現(xiàn)石墨烯在現(xiàn)實(shí)器件(例如柔性電池和太陽(yáng)能電池)應(yīng)用的關(guān)鍵材料。
2012年,高超課題組在原來一維纖維的基礎(chǔ)上研究石墨烯組成的仿貝殼的二維復(fù)合材料,具有超強(qiáng)的力學(xué)性質(zhì)和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性。而碳海綿,則是高超將石墨烯制成的三維產(chǎn)品。
針對(duì)目前市場(chǎng)對(duì)碳海綿的熱炒,高超認(rèn)為,目前最易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的是復(fù)合材料——增強(qiáng)尼龍。這里的復(fù)合材料是石墨烯紡絲纖維的一項(xiàng)應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,采用此復(fù)合材料,尼龍的重量只增加1‰,強(qiáng)度有望增加1倍。這意味著,如若能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化,尼龍的年資源消耗量將降低1/2。此外,與碳纖維相比,石墨烯紡絲纖維制造過程中污染較少,而碳纖維一般采取濕紡,過程腐蝕性非常強(qiáng),污染嚴(yán)重。
高超介紹說,科研人員同時(shí)還在嘗試提高紡絲纖維的強(qiáng)度。目前,石墨烯紡絲纖維的強(qiáng)度離碳纖維強(qiáng)度還有很大差距,約為0.5gpa,一旦能夠達(dá)到1gpa,即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)樂觀估計(jì),一旦紡絲纖維強(qiáng)度達(dá)到10gpa,就意味著太空電梯的夢(mèng)想更進(jìn)一步。
另外,高超告訴記者,由于石墨烯的導(dǎo)電特性,石墨烯紡絲纖維的另一個(gè)可能運(yùn)用領(lǐng)域?yàn)槌p導(dǎo)線。上述超輕導(dǎo)線重量大大輕于金屬導(dǎo)線。不過,他告訴記者,雖然理論證實(shí)石墨烯在室溫下傳遞電子的速度比已知所有的導(dǎo)體和半導(dǎo)體都快,但目前其導(dǎo)電性并比不上金屬,還有待改進(jìn)。
“超薄納米過濾膜就是化學(xué)氧化石墨烯另一個(gè)運(yùn)用領(lǐng)域。”高超介紹說,氧化石墨烯既可以制成宏觀石墨烯纖維,還可以制成超薄納米過濾膜。據(jù)介紹,通過化學(xué)氧化還原法,石墨烯會(huì)形成天然孔洞,孔洞直徑約1~2納米,有望用于環(huán)保過濾和海水淡化。