新材料石墨烯在汽车领域的应用
石墨烯作为一种新型材料，在众多新材料中，石墨烯具备导电性强、强度高、导热率高、透光率高等性能，并具备发射远红外波的特性。那么在汽车领域，石墨烯在哪些方面能够改变人们的生活呢？
石墨烯材料作为一种新型的材料，在物理和化学结构上石墨烯具有结构稳定、牢固，同时具备轻薄特性，故所以在应用和研究上有着重要的价值。石墨烯的稳定性在于其原子结构分布一致。在外力作用下，整个材料保持稳定，在此基础上单层的结构材料更加轻薄，所以也具备柔韧的特性。在导电性上石墨烯也具备优越的性能，内部的电子在运动上不会受到外围干扰，呈现出导电速度快的优势。在导热方面，基本也和碳材料相同，有着导热速度快的特点。所以在实验新材料和市场应用方面都有着更广阔的前景。- 21世纪初英国曼彻斯特大学两位科学家通过一种特殊方法成功制备了石墨烯，他们通过石墨烯发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，由此获得了诺贝尔物理学奖。当前制作石墨烯主要采用化学气相沉积法和氧化还原法：化学气相沉积法，能够得到大片单层石墨烯，在透光率和性能上具有优势，但工艺复杂、成本高；氧化还原法采用溶液制程方便大量制备，成本上具有很大优势，所以多采用此种方法，然后优化性能，制作的石墨烯片可达到轻薄透光。
- 虽然很薄，但石墨烯却是非常强韧的材料，同时它又有很好的弹性，拉伸尺寸能达到自身尺寸的20%。
- 因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，为它带来了全新的电学属性。中国科学院金属研究所的试验表明，如果将石墨烯与电子元件、电子设备结合使用，可以增强储电设备的储电率，提高储电性能。
利用石墨烯所具备的超薄超轻、优异电化学性能、较高比表面积、电子和离子传导性能及特殊的二维单原子层结构，可以将其应用于动力电池石墨烯负极复合材料、锂电池正极导电剂和石墨烯功能涂层铝箔等。可大幅度减少电池内阻、提升锂电池充放电速度，提高锂电池容量、倍率性能及能量密度，获得稳定的充放电性能及高循环效率。极大地减轻电池重量从而降低整车质量，延长电池使用寿命，大大提高电动汽车的续航里程和充电速度，彻底解决电动汽车的“里程焦虑”问题。电加热座椅是高档、豪华汽车的必备装置之一。美国加州大学一项研究显示，石墨烯的导热性能优于碳纳米管，碳纳米管的导热系数可达3000 W·Mk-1以上，而单层石墨烯的导热系数可达5300 W·Mk-1、甚至有研究表明其导热系数高达6600 W·Mk-1。把石墨烯作为增强材料加入聚苯乙烯中，可得到强度高、导电导热好、质量轻的复合材料；在聚合物中加入5％(质量分数)的石墨烯后，复合材料导热系数比聚合物基体的高4倍。这些材料均可作为高性能的导热材料，因为石墨烯超二维纳米结构，可以保证热量在加热区域内的均匀释放。将石墨烯运用在汽车智能加热坐垫上，坐垫受热更加快速、均匀、安全，给车主带来更加体贴、温暖的座驾感受。石墨烯的高疏水性以及独特的纳米结构，可以将其运用于车用涂料领域，提高防腐效果。加了石墨烯的界膜剂可在各类钢材表面形成一层缓蚀界面膜。与传统磷化膜相比，该界面膜不仅耐腐蚀性能好，而且与金属外涂装层之间的结合力也显著增强，且产品的各项经济技术指标均优于传统磷化液，可完全替代磷化液，从而解决金属制品行业磷污染的问题。目前，电路技术所用硅晶体管尺寸已经接近了相关物理定律极限，在尺寸方面难有更大突破。研究表明，与硅相比，电子在石墨烯内移动阻力更小，消耗能量更少;同时，基于石墨烯的晶体管尺寸可以更小，从而可实现更高的集成度。因此，石墨烯被称之为后摩尔时代取代硅的微电子材料。随着技术的成熟，基于石墨烯的电路完全可以用于汽车。在汽车燃油供给系统中，以快速紊流方式流动的燃油能产生静电，用于燃油供给系统的部件(包油箱，油管接头，过滤器等)需要其导电率能阻止静电堆积，消除火花、爆炸等危险。目前，以碳纳米管作为添加剂的导电塑料已应用于汽车燃油供给系统。石墨烯具备与碳纳米管相媲美的导电性能，且制备成本更低，完全可以用于导电功能塑料领域。基于石墨烯的导电功能塑料还可以运用于汽车挡泥板、门把手、镜盒等方面，方便车身的静电喷涂，省去了相对于非导电性塑料在静电喷涂前需要进行的表面导电化处理。利用石墨烯超薄、超轻，高机械强度、高导热等优越特性，在汽车轮胎中进行应用，获得的轮胎较传统轮胎性能有较大改善。具有高耐磨、耐抗刺扎，减少爆胎几率，强抓地力的特点。抗湿滑性能和滚动阻力有很大改善，轮胎行驶里程提高近两倍，导热性提高近一倍，轮胎更轻。真正实现了更安全、更节油环保、更坚实耐用。另一方面，加入石墨烯的轮胎还具有良好的导静电性，通过轮胎与金属轮毂嵌合，由轮面接地时段导出车体静电。易燃易爆品运输车使用该轮胎，在轮胎3-5年的使用寿命内可消除静电危害，杜绝静电灾难。这种轮胎在电动汽车特别是无人驾驶车消除车体静电上具有不可替代的优势。利用CVD（化学气相沉积）的方法，在玻璃表面实现石墨烯的直接生长，所获得的石墨烯玻璃具有诸多特性，兼具优异的透光、导电、导热及表面疏水性等特性。应用于汽车玻璃具有加热使热致变色涂层颜色发生改变，从而可使车玻璃具有变成不同的颜色的功能，这就取代了玻璃贴膜的繁琐和成本。利用石墨烯导热及疏水性抑制车玻璃上水雾的产生，极大提高了雨雾等恶劣天气下行车的安全性。新型石墨烯材料出现，未来汽车可能有夜视功能。麻省理工大学的研究人员研究出了一种全新的石墨烯半导体材料，有望被用在汽车的前挡风玻璃上，它的作用就是夜视功能。原理是将石墨烯应用到热成像设备的芯片中，制成红外传感器，目前，这款紧凑型的传感器已经可以探测到物体的形状了,但还需要进一步提高成像的分辨率，要想这种新型材料真正的实际应用，需要相当长的一段时间。未来如果应用在汽车前挡风玻璃上，那夜晚开车能看到的范围更广，也更清晰，或许对于交通安全也是一大助力。来源：博研企业服务平台
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