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科技丨金属（铝）基石墨烯复合材料研发获突破
日前，由江苏中天科技股份有限公司（简称“中天科技”）牵头，联合中国科学院过程工程研究所共同研制的金属（铝）基石墨烯复合材料（简称“复合材料”）取得突破性进展。该复合材料在保证实现实验室性能数据的前提下，已在工业化连铸连轧生产线上成功试生产，在石墨烯应用于金属领域的发展道路上迈出了关键一步。
复合材料可将抗拉强度提升25%以上
历史上，每次革命性新材料的大规模采用，必然会掀起新一波产业革命的浪潮。新材料已经成为科技创新的焦点。而“网红”石墨烯，因其具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质，一直被业内看好，甚至有专家认为，未来10～20年石墨烯将引发一场技术革命。
关于石墨烯，坊间有戏言，称其“除了不能吃，石墨烯可以用于一切领域，一切产品中。”中天科技此次将研发材料锁定在石墨烯领域，也有其原因。中天科技相关负责人表示：“石墨烯及其相关应用技术是目前全球关注的热点，其具有独特的二维结构、高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性，被认为是最理想的复合材料增强相，相关课题的研究也成为复合材料领域的热点方向。”
更为重要的原因是，由中天科技和中科院过程工程研究所共同开展的金属基石墨烯复合材料项目，瞄准中天科技现有主营产业——铝及铝合金架空导线领域的关键瓶颈，即抗拉强度与导电率的矛盾关系进行研究，目标是在相对于传统材料导电率不降或微降的前提下，大幅度提升材料抗拉强度。
众所周知，目前电缆市场，一方面是对铜电缆高度依赖，市场需求量大，一方面是铜资源短缺、价格急剧飙升，成本大幅度增加，而我国又是铝资源大国，资源储量非常丰富，那么，研发具有较高技术含量的、性能优异的铝电缆产品，以铝替代铜是打破制约瓶颈的唯一出路。
虽然铝合金具有低密度、高强度和良好延展性，但是铝合金作为结构材料，受到导电性和抗拉强度的制约，电缆行业“以铝代铜”的进展并不乐观。因此，如何提高铝合金强度一直是研究者的主攻方向。目前来看，利用改变合金熔炼方式、调控成分、调整热处理和变形工艺等方法进一步提高铝合金性能难有突破，铝基复合材料应运而生。在铝合金中添加石墨、碳化硅、碳化硼和碳纳米管制备铝基复合材料来提高合金强度成为学者们研究方向。
而石墨烯是迄今为止实验发现的最坚韧、导电和导热最好的材料。中天科技此次项目，在全球范围内首次成功使用工业化连铸连轧方法批量制备出了铝基石墨烯复合材料杆材，相对于此前的批次化生产，带来更高的产能、更低的成本，对该复合材料未来的产业化推广进程具有重要意义。
项目实施过程中，采用针对性工艺研制的复合材料，其抗拉强度提升范围25%～50%，该数值与实验室研究阶段以及批次化中试阶段获得的数据基本一致，达到国内外同类研究成果中的先进水平。
应用范围将扩展至多种金属制品领域
不难看出，“材料之王”石墨烯已经与铝合金擦出了火花，并完美结合。据介绍，这种基于这种复合材料开发出的独特石墨烯添加工艺，不仅有效解决了石墨烯与铝之间难以浸润的问题，还实现了石墨烯在连铸连轧过程中的在线添加。
而对于电缆行业，乃至整个金属材料应用领域而言，将带来材料科技的重大变革。该技术的掌握，将不仅为石墨烯在架空导线用铝材领域的应用提供支撑，更可在大多数铝及铝合金材料领域应用，结合其他工艺调配，使新型复合材料获得针对性更高的性能。例如在交通载具的轻量化发展过程中，“以铝代钢”已成为主要趋势，在石墨烯的助力下，铝材用量可以进一步减少，实现更大程度的轻量化，其经济和社会效益十分显著。
具体到电缆领域，该项目成果将为我国电力系统建设提供全新的、革命性的导线产品选项，衍生出的新型导线品种将在节能降耗、抗重冰、大跨越等多个领域实现材料技术突破。
来源：中国电力报
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