石墨烯作為目前發現的最薄的二維材料,具有優良的力學、導電和導熱性能,同時又是納米級別的填充材料,有著非常廣闊的應用前景。那么在汽車領域,石墨烯在哪些方面能夠改變人們的生活,大放異彩呢?
一、在動力電池中的應用
利用石墨烯所具有的超薄超輕、優異電化學性能、較高比表面積、電子和離子傳導性能及特殊的二維單原子層結構,可以將其應用于動力電池石墨烯負極復合材料、鋰電池正極導電劑和石墨烯功能涂層鋁箔等??纱蠓葴p少電池內阻、提升鋰電池充放電速度,提高鋰電池比容量、倍率性能及能量密度,獲得穩定的充放電性能及高循環效率。極大地減輕電池重量從而降低整車質量,延長電池使用壽命,大大提高電動汽車的續航里程和充電速度,徹底解決電動汽車的“里程焦慮”問題,實現充電十分鐘,行駛一千公里的夢想。
二、電動加熱座椅
電動加熱座椅是體現一輛汽車檔次的必備裝備之一。石墨烯的導熱性非常好,深圳市匯北川電子技術材料有限公司將石墨烯作為增強材料加入到聚苯乙烯中,得到了強度更高、導電導熱性更好,重量更輕的復合材料。這種復合材料比原本聚合物基體的導熱系數高出4倍,以其獨有的超二維納米結構,可以保證熱量在加熱區域內均勻釋放。將石墨烯運用在汽車智能加熱坐墊上,坐墊受熱更加快速、均勻、安全,給車主帶來更加體貼、溫暖的座駕感受。
三、車身涂裝領域
石墨烯的高疏水性以及獨特的納米結構,可以將其運用于車用涂料領域,提高防腐效果。加了石墨烯的界膜劑可在各類鋼材表面形成一層緩蝕界面膜。與傳統磷化膜相比,該界面膜不僅耐腐蝕性能好,而且與金屬外涂裝層之間的結合力也顯著增強,且產品的各項經濟技術指標均優于傳統磷化液,可完全替代磷化液,從而解決金屬制品行業磷污染的問題。
四、汽車電路
目前,電路技術所用硅晶體管尺寸已經接近了相關物理定律極限,在尺寸方面難有更大突破。研究表明,與硅相比,電子在石墨烯內移動阻力更小,消耗能量更少;同時,基于石墨烯的晶體管尺寸可以更小,從而可實現更高的集成度。因此,石墨烯被稱之為后摩爾時代取代硅的微電子材料。隨著技術的成熟,基于石墨烯的電路完全可以用于汽車。
五、車用導電功能塑料
在汽車燃油供給系統中,以快速紊流方式流動的燃油能產生靜電,用于燃油供給系統的部件(包油箱,油管接頭,過濾器等)需要其導電率能阻止靜電堆積,消除火花、爆炸等危險。目前,以碳納米管作為添加劑的導電塑料已應用于汽車燃油供給系統。石墨烯具備與碳納米管相媲美的導電性能,且制備成本更低,完全可以用于導電功能塑料領域?;谑┑膶щ姽δ芩芰线€可以運用于汽車擋泥板、門把手、鏡盒等方面,方便車身的靜電噴涂,省去了相對于非導電性塑料在靜電噴涂前需要進行的表面導電化處理。
六、汽車輪胎上的應用
利用石墨烯超薄、超輕,高機械強度、高導熱等優越特性,在汽車輪胎中進行應用,獲得的輪胎較傳統輪胎性能有較大改善。具有高耐磨、耐抗刺扎,減少爆胎幾率,強抓地力的特點??節窕阅芎蜐L動阻力有很大改善,輪胎行駛里程提高近兩倍,導熱性提高近一倍,輪胎更輕。真正實現了更安全、更節油環保、更堅實耐用。
另一方面,加入石墨烯的輪胎還具有良好的導靜電性,通過輪胎與金屬輪轂嵌合,由輪面接地時段導出車體靜電。易燃易爆品運輸車使用該輪胎,在輪胎3-5年的使用壽命內可消除靜電危害,杜絕靜電災難。這種輪胎在電動汽車特別是無人駕駛車消除車體靜電上具有不可替代的優勢。
七、石墨烯在汽車玻璃中的應用
利用CVD(化學氣相沉積)的方法,在玻璃表面實現石墨烯的直接生長,所獲得的石墨烯玻璃具有諸多特性,兼具優異的透光、導電、導熱及表面疏水性等特性。應用于汽車玻璃具有加熱使熱致變色涂層顏色發生改變,從而可使車玻璃具有變成不同的顏色的功能,這就取代了玻璃貼膜的繁瑣和成本。利用石墨烯導熱及疏水性抑制車玻璃上水霧的產生,極大提高了雨霧等惡劣天氣下行車的安全性。
八、汽車夜視功能
新型石墨烯材料出現,未來汽車可能有夜視功能。麻省理工大學的研究人員研究出了一種全新的石墨烯半導體材料,有望被用在汽車的前擋風玻璃上,它的作用就是夜視功能。原理是將石墨烯應用到熱成像設備的芯片中,制成紅外傳感器,目前,這款緊湊型的傳感器已經可以探測到物體的形狀了,但還需要進一步提高成像的分辨率,要想這種新型材料真正的實際應用,需要相當長的一段時間。未來如果應用在汽車前擋風玻璃上,那夜晚開車能看到的范圍更廣,也更清晰,或許對于交通安全也是一大助力。
九、石墨烯潤滑油
2013年4月,美國阿貢國家實驗室發現了石墨烯在金屬表面具有優異的潤滑及防銹性能,驗證了石墨烯在機械潤滑領域的優越性能。深圳市天潤石墨烯材料科技有限公司研發的墨潤石墨烯發動機保護劑,與傳統潤滑油劑相比,抗磨修復功能更加出色。添加了石墨烯的發動機保護劑可在摩擦副表面吸附上一層石墨烯保護膜,具有高效的防磨抗磨的性能:
1、超強的自修復性能:石墨烯納米微??商畛淠p微孔、劃痕,對摩擦副表面進行修復功能;
2、形成強效的潤滑保護膜:石墨烯納米微粒在摩擦表面形成“滾珠軸承”,具有自潤滑性能;
3、抗磨性能:石墨烯納米微粒對摩擦副凹凸表面起填充作用,摩擦化學反應在摩擦副間形成了穩定的第三體,增加抗磨性能;
4、石墨烯納米微粒優異的清潔分散性能,可使油品迅速擴散成膜;
5、石墨烯獨有的分水性能,可以有效防止乳化;
6、優的抗氧散熱性,有效延長機油使用周期。