石墨烯复合材料走进汽车
自从曼彻斯特大学的Kostya Novoselov和Andre Geim两位物理学家发现了石墨烯—一种厚度为单个原子厚度、强度为钢材的一百倍、重量却比钢材轻很多的碳原子片层—“石墨烯”以来，学者就开始不断尝试将其添加到复合材料中，试图创造出性能优秀的新材料。
在十年后，石墨烯合成材料的开发工作还在快速展开，但是其技术仍不够成熟。直到近，一个先锋项目开发出了基于石墨烯、有朝一日将彻底改变汽车工业的纳米复合材料。该项目名为iGCAuto，为期18个月，其110万美元的投资来自欧盟“十年、十亿欧元旗舰石墨烯计划”。该计划目的是开发高性能石墨烯复合材料，以便将汽车重量减轻三分之一以上。
先进的复合材料被认为具有很强大的汽车节油和轻量化的潜力，但是重量轻的汽车在碰撞中较为不利。所以必须开发新方法，加强复合材料的抵抗碰撞的性能。石墨烯复合材料可能就是解决这个问题的答案。
iGCAuto项目在英国桑德兰大学、意大利FIAT中心、德国Fraunhofer、西班牙Interquimica和意大利Nanesa和Delta-Tech等研究机构中，建立了六个研究小组。
用石墨烯实现轻量化
桑德兰大学车辆工程教授、撰写iGCAuto项目原提案的Ahmed Elmarakbi说：“石墨烯在汽车工业有很大的应用空间。用它来强化复合材料具有很大潜力。”
iGCAuto项目和其他项目的大不同在于其创新的研究方式和极高的目标设定。
Elmarakbi说：“我们计划开发出新方法，将石墨烯整合到大分子复合材料中，希望将当今车辆的结构重量（底盘和白车身）降低30%到50%。在今后的五六年后，该数字还会提高到70%。”
终的成品零部件不但重量更轻，而且还会具有更轻薄的截面面积。
基于石墨烯的新材料在该计划中进行评估、建模，以实现更强大的强度、尺寸稳定性、热力学性能和阻燃性能。减少燃烧烟雾、提高材料可靠性也是该项目的额外目标，以提升车辆和乘员的安全。
研究小组计划充分利用纳米催化剂和特制的石墨烯基纳米复合材料。这款纳米复合材料来自日本材料研究所的主管研究员Sherif El-safty的研究成果。Elkmarakbi说：“尽管我们还处在初期阶段，但是仍然要完整地证明这个材料新概念的可行性。我对合作信心满满，坚信成果丰硕。”
El-Safty虽然没有直接参与该计划的工作，但是他仍然在类似项目中进行着独立的工作。
这个成员来自不同的研究小组希望先研究出一个强化的大分子基体，其化学成分经过改进，将原子位置和连接方式相应变化，来获得不同的物理性能。Elmarakbi说：“一旦我们做到了以上这些，我们将在该基体中加入石墨烯氧化剂，形成一种可以更好地吸收动能（通过微观裂缝和微观碎片）的复合材料，从而提升碰撞中、极端负载中的抗冲击动态性能。本质上，我们将给石墨烯氧化剂的表面赋予特定功能，进而操纵石墨烯氧化剂和大分子基体之间的互动。”
新设计和投产
iGCAuto项目的成员们还希望改变复合材料的生产工艺。Elmarakbi说：“我们正在评估不同的生产工艺新概念，其中包括加强剂在大分子基体内的随机弥散工艺和取向堆叠工艺。”
“我们的目标是通过寿命-周期评估、节能的编织和加工技术、先进超轻量化石墨烯基大分子材料的开发和优化过程，将材料新概念同新的安全设计方法相结合，并减少未来汽车对自然环境的冲击。”另外，尽力减少成本也是项目的一项关键任务。根据欧盟的建议，为了实现轻量化而投入的额外成本不应超过每公斤24美元。初步研究证实：该项目可以满足该项欧盟建议值。
石墨烯的研发
“旗舰石墨烯项目”主席、总监、剑桥大学石墨烯中心主管工程师Andrea Ferrari说：“这个项目帮助我们将石墨烯和相关材料从实验室更快地推向工厂，以便让欧洲的石墨烯科研成果更好地转化为工业技术，创造新的石墨烯工业体系。”
“石墨烯复合材料的初试验发生在2006年，但是研究还处在早期阶段。”许多基本的问题还没有解决，如工艺路线和材料微观取向等，但是早期的细分市场的利基应用已经开始渐渐成型。“举个例子，许多的网球拍线就是用的石墨烯复合材料。”
石墨烯本身的量产在近获得了很大的增长，原因在于三一学院的一组以Jonathan Coleman教授为领导的化学物理学家们发现了一种利于量产的石墨烯液态生产工艺。
Coleman说：“人们原来仅少量地使用石墨烯材料，所以制取原料的方法较为原始和粗暴、效率极低。我们发现，使用类似食物搅拌机的原理也可以制取石墨烯，简单说来就是用液体的剪切应力分离石墨的片层结构。这项技术在几个月前开始大量获得公众的关注。”石墨—也就是铅笔的“铅芯”—其实就是多层石墨烯的堆叠。
Coleman即使说：“我们开发了实用的方法，将石墨混合在溶剂中（通常是水）和脂肪酸盐中。然后对其施以超声搅动来分离每个片层，就好像用手轻推一叠扑克牌的侧面，将每张扑克牌分离开。”微分切应力将石墨烯一层一层地分开，同时仅耗费很低的能耗。“我们已经将技术执照授予了一家公司。”另外他还补充到，该液态剥落技术可以适应于所有二维材料——由很长、很宽、但却很薄的微观片层装基体组成的材料。
石墨烯是所有二维材料中广泛为人所知的代表性材料。Ferrari说：“已知的二维材料已经有50多种，包括有机硅、氮化硼、碳化硅、稀土、过渡金属硫化物和卤化物、人工合成有机物等。”
石墨烯的应用潜力巨大。大分子强化技术是石墨烯材料的巨大机遇。只要在大分子中稍稍加入少量石墨烯就能实现物理性能的两倍到三倍的提升。
他说：“我认为，如果五年内没有出现大量的石墨烯复合材料的量产，那么一定是整个石墨烯领域出现了大问题。”
更多信息请关注复合材料信息网http://cnfrp.net
在十年后，石墨烯合成材料的开发工作还在快速展开，但是其技术仍不够成熟。直到近，一个先锋项目开发出了基于石墨烯、有朝一日将彻底改变汽车工业的纳米复合材料。该项目名为iGCAuto，为期18个月，其110万美元的投资来自欧盟“十年、十亿欧元旗舰石墨烯计划”。该计划目的是开发高性能石墨烯复合材料，以便将汽车重量减轻三分之一以上。
先进的复合材料被认为具有很强大的汽车节油和轻量化的潜力，但是重量轻的汽车在碰撞中较为不利。所以必须开发新方法，加强复合材料的抵抗碰撞的性能。石墨烯复合材料可能就是解决这个问题的答案。
iGCAuto项目在英国桑德兰大学、意大利FIAT中心、德国Fraunhofer、西班牙Interquimica和意大利Nanesa和Delta-Tech等研究机构中，建立了六个研究小组。
用石墨烯实现轻量化
桑德兰大学车辆工程教授、撰写iGCAuto项目原提案的Ahmed Elmarakbi说：“石墨烯在汽车工业有很大的应用空间。用它来强化复合材料具有很大潜力。”
iGCAuto项目和其他项目的大不同在于其创新的研究方式和极高的目标设定。
Elmarakbi说：“我们计划开发出新方法，将石墨烯整合到大分子复合材料中，希望将当今车辆的结构重量（底盘和白车身）降低30%到50%。在今后的五六年后，该数字还会提高到70%。”
终的成品零部件不但重量更轻，而且还会具有更轻薄的截面面积。
基于石墨烯的新材料在该计划中进行评估、建模，以实现更强大的强度、尺寸稳定性、热力学性能和阻燃性能。减少燃烧烟雾、提高材料可靠性也是该项目的额外目标，以提升车辆和乘员的安全。
研究小组计划充分利用纳米催化剂和特制的石墨烯基纳米复合材料。这款纳米复合材料来自日本材料研究所的主管研究员Sherif El-safty的研究成果。Elkmarakbi说：“尽管我们还处在初期阶段，但是仍然要完整地证明这个材料新概念的可行性。我对合作信心满满，坚信成果丰硕。”
El-Safty虽然没有直接参与该计划的工作，但是他仍然在类似项目中进行着独立的工作。
这个成员来自不同的研究小组希望先研究出一个强化的大分子基体，其化学成分经过改进，将原子位置和连接方式相应变化，来获得不同的物理性能。Elmarakbi说：“一旦我们做到了以上这些，我们将在该基体中加入石墨烯氧化剂，形成一种可以更好地吸收动能（通过微观裂缝和微观碎片）的复合材料，从而提升碰撞中、极端负载中的抗冲击动态性能。本质上，我们将给石墨烯氧化剂的表面赋予特定功能，进而操纵石墨烯氧化剂和大分子基体之间的互动。”
新设计和投产
iGCAuto项目的成员们还希望改变复合材料的生产工艺。Elmarakbi说：“我们正在评估不同的生产工艺新概念，其中包括加强剂在大分子基体内的随机弥散工艺和取向堆叠工艺。”
“我们的目标是通过寿命-周期评估、节能的编织和加工技术、先进超轻量化石墨烯基大分子材料的开发和优化过程，将材料新概念同新的安全设计方法相结合，并减少未来汽车对自然环境的冲击。”另外，尽力减少成本也是项目的一项关键任务。根据欧盟的建议，为了实现轻量化而投入的额外成本不应超过每公斤24美元。初步研究证实：该项目可以满足该项欧盟建议值。
石墨烯的研发
“旗舰石墨烯项目”主席、总监、剑桥大学石墨烯中心主管工程师Andrea Ferrari说：“这个项目帮助我们将石墨烯和相关材料从实验室更快地推向工厂，以便让欧洲的石墨烯科研成果更好地转化为工业技术，创造新的石墨烯工业体系。”
“石墨烯复合材料的初试验发生在2006年，但是研究还处在早期阶段。”许多基本的问题还没有解决，如工艺路线和材料微观取向等，但是早期的细分市场的利基应用已经开始渐渐成型。“举个例子，许多的网球拍线就是用的石墨烯复合材料。”
石墨烯本身的量产在近获得了很大的增长，原因在于三一学院的一组以Jonathan Coleman教授为领导的化学物理学家们发现了一种利于量产的石墨烯液态生产工艺。
Coleman说：“人们原来仅少量地使用石墨烯材料，所以制取原料的方法较为原始和粗暴、效率极低。我们发现，使用类似食物搅拌机的原理也可以制取石墨烯，简单说来就是用液体的剪切应力分离石墨的片层结构。这项技术在几个月前开始大量获得公众的关注。”石墨—也就是铅笔的“铅芯”—其实就是多层石墨烯的堆叠。
Coleman即使说：“我们开发了实用的方法，将石墨混合在溶剂中（通常是水）和脂肪酸盐中。然后对其施以超声搅动来分离每个片层，就好像用手轻推一叠扑克牌的侧面，将每张扑克牌分离开。”微分切应力将石墨烯一层一层地分开，同时仅耗费很低的能耗。“我们已经将技术执照授予了一家公司。”另外他还补充到，该液态剥落技术可以适应于所有二维材料——由很长、很宽、但却很薄的微观片层装基体组成的材料。
石墨烯是所有二维材料中广泛为人所知的代表性材料。Ferrari说：“已知的二维材料已经有50多种，包括有机硅、氮化硼、碳化硅、稀土、过渡金属硫化物和卤化物、人工合成有机物等。”
石墨烯的应用潜力巨大。大分子强化技术是石墨烯材料的巨大机遇。只要在大分子中稍稍加入少量石墨烯就能实现物理性能的两倍到三倍的提升。
他说：“我认为，如果五年内没有出现大量的石墨烯复合材料的量产，那么一定是整个石墨烯领域出现了大问题。”
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