复材资讯航天新型高性能材料的研究进展

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石墨烯材料

石墨烯微观结构是碳原子组成的二维蜂窝网格（图7），单层石墨烯材料只有一个碳原子直径厚（0.nm）兼具半导体和金属属性。主要特性有：良好的电学性能，室温下电子迁移率是硅的倍，比表面积可达m2/g;较好的力学性能，材料结构稳定，抗拉强度GPa，是钢的倍以上；突出的热学性能，热导率达5.3kW/（m·K）;优异的光学性能，单层石墨烯的可见光透光率达97.7%。石墨烯材料可应用于军用电子系统、能源、防护、后勤保障、隐身系统等领域，推动航天武器装备发展实现重大创新。

图7石墨烯的单层结构

1、军用电子系统用石墨烯

石墨烯电路具有更高的工作频率，可以替代现有的半导体电路。年，IBM公司研制出截止工作频率GHz的石墨烯场效应晶体管，比同尺寸硅场效应晶体管高7.5倍，改进后有望突破1THz。

波兰DCD公司年开发出世界首款石墨烯处理器，电子在处理器中的运动速度接近光速，功耗比同类硅产品降低90%。这两项新突破将对高速集成电路、高性能计算机、军用雷达等发展产生重要推动作用。

年，美国西北大学研发出高导电性石墨烯柔性电极，可用于生产大幅面、可折叠精密显示设备。应用该技术制造的军用电子地图等显示设备将更加轻质、便携。年，美国莱斯大学的研究人员采用一种“激光诱导石墨烯”（LIG）的方法诱导石墨烯生产，用于柔性电容器的生产。上述材料可望用于航天电子系统中。

2、高功率武器装备用石墨烯

石墨烯巨大的比表面积使其成为高功率激光器的核心材料，也可用于制造容量大、充放电迅速的超级电容和电池，解决电磁导轨炮、定向能武器等储能需求高、充放电速度快的技术难题。年，美国莱斯大学制造高比容微型石墨烯锂电池，比容达到mA·h/g，厚度仅0.01μm，充放电时间20s，试验表明充放电0次后，电容量仅损耗10%。年11月，美国莱斯大学科学家发明了一种新型的石墨烯/纳米管复合阴极，可使廉价柔性的染料敏化太阳能电池更实用化，光电转换能力提高了20%。年6月，韩国三星公司通过将高结晶石墨烯的合成新方法应用到高容量硅阴极，发明了新型“高度结晶石墨烯编码的”硅阴极材料，大幅提升了锂离子电池的电容量。上述材料可望用于航天武器装备的超级电容和电池中。

3、军用防护材料用石墨烯

利用石墨烯超薄、超轻、超抗压特点制出的新型材料，可用于替换防弹衣中的芳纶等材料，在减轻质量的同时还能提高防护能力。实验证明，石墨烯承受子弹冲击的性能胜过钢铁和防弹衣材料。澳大利亚年研发的石墨烯壳体材料较普通钢壳体减轻83%，而屈服强度提升12倍。另外，石墨烯可用于制作超强耐腐涂层。美国布法罗大学同年研发出石墨烯涂料，钢材涂覆该材料后可浸泡在浓盐水中一个月不锈。上述材料可望用于航天武器装备的防护材料中。

4、战场后勤保障用石墨烯

石墨烯水净化设备具有低耗、高效的特点。年，美国MIT通过采用石墨烯净化海水，实现了海水的快速净化。年，美国洛马公司大力推进石墨烯海水净化系统研究，并计划年底完成样机测试。该系统的水净化速度比当前反渗透薄膜快数百倍。该技术一旦发展成熟并应用于航母、潜艇等大型海上作战平台，将可大幅减少平台淡水携带量，增加燃油及武器装备装载量，增强平台海上持续作战能力。

5、军事隐身系统用石墨烯

石墨烯材料良好的微波吸收特性使其在航天装备隐身方面也有巨大的潜力。年，意大利萨皮恩扎大学通过试验证明石墨烯材料比传统吸波材料吸波频带更宽、吸收能力更强。此外，近年国外重点

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