日前，由江蘇中天科技股份有限公司(簡稱“中天科技”)牽頭，聯(lián)合中國科學院過程工程研究所共同研制的金屬(鋁)基石墨烯復合材料(簡稱“復合材料”)取得突破性進展。該復合材料在保證實現(xiàn)實驗室性能數(shù)據(jù)的前提下，已在工業(yè)化連鑄連軋生產(chǎn)線上成功試生產(chǎn)，在石墨烯應用于金屬領域的發(fā)展道路上邁出了關鍵一步。

　　復合材料可將抗拉強度提升25%以上

　　歷史上，每次革命性新材料的大規(guī)模采用，必然會掀起新一波產(chǎn)業(yè)革命的浪潮。新材料已經(jīng)成為科技創(chuàng)新的焦點。而“網(wǎng)紅”石墨烯，因其具備眾多優(yōu)異的力學、光學、電學和微觀量子性質(zhì)，一直被業(yè)內(nèi)看好，甚至有專家認為，未來10～20年石墨烯將引發(fā)一場技術(shù)革命。

　　關于石墨烯，坊間有戲言，稱其“除了不能吃，石墨烯可以用于一切領域，一切產(chǎn)品中?！敝刑炜萍即舜螌⒀邪l(fā)材料鎖定在石墨烯領域，也有其原因。中天科技相關負責人表示：“石墨烯及其相關應用技術(shù)是目前全球關注的熱點，其具有獨特的二維結(jié)構(gòu)、高強度、高導電性能和高導熱性能等超強的力學和功能特性，被認為是最理想的復合材料增強相，相關課題的研究也成為復合材料領域的熱點方向。”更為重要的原因是，由中天科技和中科院過程工程研究所共同開展的金屬基石墨烯復合材料項目，瞄準中天科技現(xiàn)有主營產(chǎn)業(yè)———鋁及鋁合金架空導線領域的關鍵瓶頸，即抗拉強度與導電率的矛盾關系進行研究，目標是在相對于傳統(tǒng)材料導電率不降或微降的前提下，大幅度提升材料抗拉強度。

　　眾所周知，目前電纜市場，一方面是對銅電纜高度依賴，市場需求量大，一方面是銅資源短缺、價格急劇飆升，成本大幅度增加，而我國又是鋁資源大國，資源儲量非常豐富，那么，研發(fā)具有較高技術(shù)含量的、性能優(yōu)異的鋁電纜產(chǎn)品，以鋁替代銅是打破制約瓶頸的唯一出路。

　　雖然鋁合金具有低密度、高強度和良好延展性，但是鋁合金作為結(jié)構(gòu)材料，受到導電性和抗拉強度的制約，電纜行業(yè)“以鋁代銅”的進展并不樂觀。因此，如何提高鋁合金強度一直是研究者的主攻方向。目前來看，利用改變合金熔煉方式、調(diào)控成分、調(diào)整熱處理和變形工藝等方法進一步提高鋁合金性能難有突破，鋁基復合 材料應運而生。在鋁合金中填加石墨、碳化硅、碳化硼和碳納米管制備鋁基復合材料來提高合金強度成為學者們研究方向。

　　而石墨烯是迄今為止實驗發(fā)現(xiàn)的最堅韌、導電和導熱最好的材料。中天科技此次項目，在全球范圍內(nèi)首次成功使用工業(yè)化連鑄連軋方法批量制備出了鋁基石墨烯復合材料桿材，相對于此前的批次化生產(chǎn)，帶來更高的產(chǎn)能、更低的成本，對該復合材料未來的產(chǎn)業(yè)化推廣進程具有重要意義。

　　項目實施過程中，采用針對性工藝研制的復合材料，其抗拉強度提升范圍25%～50%，該數(shù)值與實驗室研究階段以及批次化中試階段獲得的數(shù)據(jù)基本一致，達到國內(nèi)外同類研究成果中的先進水平。

　　應用范圍將擴展至多種金屬制品領域

　　不難看出，“材料之王”石墨烯已經(jīng)與鋁合金擦出了火花，并完美結(jié)合。據(jù)介紹，這種基于這種復合材料開發(fā)出的獨特石墨烯添加工藝，不僅有效解決了石墨烯與鋁之間難以浸潤的問題，還實現(xiàn)了石墨烯在連鑄連軋過程中的在線添加。

　　而對于電纜行業(yè)，乃至整個金屬材料應用領域而言，將帶來材料科技的重大變革。該技術(shù)的掌握，將不僅為石墨烯在架空導線用鋁材領域的應用提供支撐，更可 在大多數(shù)鋁及鋁合金材料領域應用，結(jié)合其他工藝調(diào)配，使新型復合材料獲得針對性更高的性能。例如在交通載具的輕量化發(fā)展過程中，“以鋁代鋼”已成為主要趨勢，在石墨烯的助力下，鋁材用量可以進一步減少，實現(xiàn)更大程度的輕量化，其經(jīng)濟和社會效益十分顯著。

　　具體到電纜領域，該項目成果將為我國電力系統(tǒng)建設提供全新的、革命性的導線產(chǎn)品選項，衍生出的新型導線品種將在節(jié)能降耗、抗重冰、大跨越等多個領域?qū)崿F(xiàn)材料技術(shù)突破。

　　下一步在該項目推廣方面，中天科技會有怎樣的布局?據(jù)該負責人介紹，目前中天科技已針對該項目技術(shù)成果進行產(chǎn)業(yè)布局，依托旗下主營架空導線的子公司———上海中天鋁線有限公司實施，總投資3億元。屆時該先進技術(shù)將率先應用于鋁及鋁合金架空導線產(chǎn)品，之后向多種金屬制品領域拓展，可形成企業(yè)新的產(chǎn)業(yè)增長點，引領中國高端的石墨烯復合材料技術(shù)發(fā)展，帶來良好的經(jīng)濟和社會效益。

　　目前，行業(yè)內(nèi)已掀起石墨烯淘金熱，日、韓、德、英等國家也都把石墨烯材料及產(chǎn)品定為未來革新產(chǎn)業(yè)之一，投入巨資推動石墨烯研發(fā)和商業(yè)化應用研究。此次中天科技成果展示，推動了我國石墨烯復合材料的發(fā)展，點亮了石墨烯大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前行之路。