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石墨烯在汽车领域有哪些应用?

2019-05-22

石墨烯作为目前发现的Z薄的二维材料,具有优良的力学、导电和导热性能,同时又是纳米级别的填充材料,有着非常广阔的应用前景。那么在汽车领域,石墨烯在哪些方面能够改变人们的生活,大放异彩呢?


一、在动力电池中的应用


利用石墨烯所具有的超薄超轻、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,提高锂电池比容量、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,实现充电十分钟,行驶一千公里的梦想。


二、电动加热座椅


电动加热座椅是体现一辆汽车档次的必备装备之一。石墨烯的导热性非常好,深圳市汇北川电子技术材料有限公司将石墨烯作为增强材料加入到聚苯乙烯中,得到了强度更高、导电导热性更好,重量更轻的复合材料。这种复合材料比原本聚合物基体的导热系数高出4倍,以其独有的超二维纳米结构,可以保证热量在加热区域内均匀释放。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。


三、车身涂装领域


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。


四、汽车电路


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。


五、车用导电功能塑料


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。

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六、汽车轮胎上的应用


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。


七、石墨烯在汽车玻璃中的应用


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。


八、汽车夜视功能


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。


九、石墨烯润滑油


2013年4月,美国阿贡国家实验室发现了石墨烯在金属表面具有优异的润滑及防锈性能,验证了石墨烯在机械润滑领域的优越性能。深圳市天润石墨烯材料科技有限公司研发的墨润石墨烯发动机保护剂,与传统润滑油剂相比,抗磨修复功能更加出色。添加了石墨烯的发动机保护剂可在摩擦副表面吸附上一层石墨烯保护膜,具有高效的防磨抗磨的性能:


1、超强的自修复性能:石墨烯纳米微粒可填充磨损微孔、划痕,对摩擦副表面进行修复功能;


2、形成强效的润滑保护膜:石墨烯纳米微粒在摩擦表面形成“滚珠轴承”,具有自润滑性能;


3、抗磨性能:石墨烯纳米微粒对摩擦副凹凸表面起填充作用,摩擦化学反应在摩擦副间形成了稳定的第三体,增加抗磨性能;


4、石墨烯纳米微粒优异的清洁分散性能,可使油品迅速扩散成膜;


5、石墨烯独有的分水性能,可以有效防止乳化;


6、优的抗氧散热性,有效延长机油使用周期。


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