第599章 恐怖的石墨烯
2024-05-05 18:53:16
作者： 520農民
石墨烯這個名詞對大多數人來說並不稀奇，也有不少人知道它擁有非常棒的性能。
但具體如何，大多數人說不上。
就只說它的力學性能，理論楊氏模量達1.0TPa，固有的拉伸強度為130GPa。
這是什麼概念呢？
楊氏模量的大小標誌了材料的剛性，楊氏模量越大，越不容易發生形變。它是沿縱向的彈性模量（不同於水平及其它方向），是彈性模量的一種。
碳鋼的彈性模量為196-206GPa，鋁為68GPa，玻璃為55GPa，縱紋木材為9.8-12GPa，而橫向木材為0.5-0.98GPa左右。
從這些數據對比可以看出來，石墨烯是碳鋼的5倍左右（1T=1024G）。
但它固有的抗拉強度竟然達到130GPA，是我們常見碳鋼材料Q235B的350倍左右，這就很恐怖了。
當然，如果僅僅於此，並不稀罕。
比如玻璃的彈性模量比碳鋼的彈性模量也差不少，但玻璃的韌性並不好。
而石墨烯的韌性非常好，可以彎曲，即具有柔韌性。
在金屬材料界有個認知，越是抗拉強度大，它的硬度就大，韌性就差，即越脆。
石墨烯不屬於金屬材料，本質就是石墨，它是很硬，但它韌性並不差。
所以，它才引起科學界重視。
那麼，如果能夠量產，光憑這個力學性能應用就非常廣了。
獲得諾貝爾物理學獎的科學家曾這樣比喻其強度：利用單層石墨烯製作的吊床可以承載4Kg的重物。
這樣可以估算，如果將多層石墨烯疊放在一起，使其厚度與食物保鮮膜相同的話，便可以承載一輛2噸重的汽車。
一層保鮮膜的厚度大概是0.01毫米，按照這比例估算的話，推算出單層石墨烯大概是0.00002毫米，十萬分之二毫米。
實際上，單層石墨烯要薄許多。
其實，石墨烯一層層疊起來就是石墨。
只不過，石墨中的石墨烯並不連成一起，沒有編製成一張網。
再從其它性能來看，熔點3850℃左右，比金剛石還要高500℃，說明它的穩定性，如果熔點只有幾百攝氏度，比如鋁，高溫情況下將不能使用，這個性能非常重要。
再加上的密度很低，優越的導電性等等，可應用的領域就多了。
不過，它的製造難度非常大，目前只活躍在實驗室中，並沒有實際應用。
星海集團有一個二十人左右的科研團隊，目前累積也投入了一億元科研資金（包括人員成本），在實驗室可以提取出來，雖然水平處於世界一流，但依然沒法量產。
這樣的科研項目組在星海集團有不少，至今做出來的成果只限於實驗室，沒法量產。
沐陽打算研製它，主要應用於超級計算機和柔性材料等。
石墨烯電池方面，它有個優勢，解決了新能源電池充電時間長的問題，充電效率能達到鋰電池的100倍，並且充電循環超過5萬次，同時還避免了穿刺、撞擊時起火風險，並且不需使用鈷、鎳等金屬。
但是，在能量密度方面，就比較差了，按照各國目前實驗室的理論來看，約為每公斤65 Wh，僅為星海集團三元鋰電池能量密度的四分之一。
如果這樣的能量密度用在新能源電池上當然不行，客戶寧願充電時間長一些，但如果能夠解決能量密度問題，接近三元鋰電池的話，而且成本低，那在新能源汽車領域才有市場。
否則，它就是雞肋了。
石墨烯量產都難，想低成本不太可能。
所以，沐陽也沒指望搞什麼石墨烯電池，有那個精力，還不如繼續深入提升三元鋰電池的電池容量。畢竟星海集團在這個行業已經是龍頭企業，也收購了大量原材料。
但不管如何，石墨烯的特殊力學性能作用，使它的應用非常廣泛。
對航天來說，可以減輕許多裝置。
可以應用在防彈車上，使車輛更輕；
也可以應用在戰鬥機、軍艦、坦克、防彈衣上，強度更強，可以整體輕型化。
沐陽打開成就點商店，搜索石墨烯相關的生產製造技術，要求能夠大量生產的。
很快跳出幾十款技術，有單層石墨烯和多層石墨烯技術。
既然有多層石墨烯製造技術，沐陽更傾向於這個，畢竟單層石墨烯太過於薄了，真要投入使用，還是需要進行疊加。
石墨烯的原子間可以透過光子，只要不是很厚，可以說它是透明材料。
比如它可以與布、尼龍疊加，做成防彈衣、輕型防彈頭盔及其它韌性好的工具，比如一把傘，也可以用來擋子彈，也可以用來製造強度非常強悍的柔性曲面屏幕，輕型防彈玻璃，太多太多用處了。
目前製備石墨烯的方法有不少種，比如機械剝離法、氧化還原法、取向附生法、碳化矽外延法、赫默法、化學氣相沉積法等。
而商店裡的製備方法，大多與碳化矽外延法非常相似，稱為碳化矽堆積法。
也說明了其它製備方法想走量產走不通。
碳化矽堆積法是通過在超高真空的高溫環境下，使矽原子升華脫離材料，剩下的C原子通過自組形式重構，從而得到基於SiC襯底的石墨烯。
想搞多少層就可以搞多少層，也可以十層、一百層那樣鋪一起。
這種方法可以獲得高質量的石墨烯，但是這種方法對設備要求較高。
有些類似金屬3D增材工藝製造方法，可以控制尺寸大小和任何形狀。
沐陽一一瀏覽技術介紹，選擇一項比較適合公司的技術。
成就點需求很多，高達1000點，讓沐陽有些肉疼。
「確定購買！」
十多分鐘後，沐陽吸收完【碳化矽堆積法】技術，對它有了更深的了解。
按照技術介紹，基礎設備有些類似金屬3D增材設備，但需要在真空、超高溫環境下製造。
這樣子的生產製造要求，哪怕能量產，成本不會低到哪裡去。
相對於實驗室那種一克成本就高達上千元，那肯定廉價多了。
一台設備製造成本大概需要五千萬元，每小時可生產10公斤，能耗主要是電，這種設備功率幾百千瓦，每小時電費數百元。
大概估算下，一公斤石墨烯的生產成本約數百元，沐陽覺得很廉價了。
畢竟石墨烯材料是要與其它材料混用的，比如製作防彈衣，每層布摻雜上一絲厚度石墨烯，強度就相當於3.5毫米厚普通鋼板，1毫米高強度板。
所以，如果用作防彈衣，10絲厚度石墨烯就足夠防AK47十內攻擊不破了。
假如一套防彈衣使用1平方米石墨烯，厚度為10絲，按照其密度2～2.3 g/cm3，質量僅僅200-230克，石墨烯原材料成本僅僅百來塊錢。
如果用在防彈車上，鋪設在玻璃、車皮上，僅需要幾公斤石墨烯，就可以減輕數百公斤甚至上噸重防護裝甲板。
換到坦克車上，那減輕的重量就更多了。
石墨烯，對輕型化具有非常重大的意義。
花1000點成就點，可沒白花。
沐陽越是了解它的性能和作用，越感到驚喜，非常期待研製出來。
接下來幾天，沐陽花了不少時間輸出石墨烯的設備資料，召開高層和戰略部人員，宣布進入石墨烯項目，把它列為公司核心項目。
「董事長，我們研製的石墨烯有重大進展啦？」一位戰略專家好奇問道。
「理論上有大突破，需要研製相關設備驗證一下，也許我們能夠實現量產。」沐陽大概透露一下。
大家聽到董事長如此肯定，那多半真有大突破了，每個人臉上露出驚喜。
眾人對石墨烯有所了解，知道它的作用非常大。
「召集大家開會，就是宣布這一事項，接下來我會主持這方面的科研工作。」沐陽接著說道，接下來，他大概述說一下計劃，周晨會安排組織相關人員，光目前的項目組人員是不足夠調用的。