黑龙江科技大学四种石墨烯应用产品问世

黑龙江日报4月23日讯 一幅壁画,接上电源,瞬间升温到110余度,成为供暖设备,所耗电量仅是传统电暖器的三分之一;在机器嗡鸣中,一粒粒黑色母粒正被纺成一轴轴灰线,此线不但兼备普通线的性能还具有抑菌、抗菌和防静电等特效。这两款产品性能的神奇之处,是因为他们的主要材料里都加入了石墨烯。而将性能被誉为新材料之王的石墨烯成功“纺”进线里“印”进画里的,是黑龙江科技大学材料科学与工程学院院长王振廷和他的团队。经过8年攻关,目前,王振廷团队已研制出石墨烯导电油墨、石墨烯纺织纤维、石墨烯润滑油、石墨烯防腐涂料等四种石墨烯应用产品,并实现量产。

 领先国内建立起全省首条石墨烯生产线

 石墨烯制备是石墨烯应用的前提。日前,记者来到位于哈尔滨新区的黑龙江科技大学,在王振廷带领下走进我省唯一石墨烯应用研究重点实验室、省石墨烯粉体应用工程技术研究中心。一进门,便是石墨烯研发成果展室,几张石墨烯研发成果展板悬挂于墙上,其中一张展板格外引人注目:2012年,黑龙江科技大学整合校内资源,成立了石墨烯制备与应用研究中心。2015年,该团队建立了省内首条石墨烯生产线,成功实现科研成果产业化……首条石墨烯生产线的建立,让王振廷团队士气大振,坚定了石墨烯应用研发之路,并于2016年获得黑龙江省十大石墨烯团队殊荣。

 “石墨就像一本厚重的书籍,有上百层,甚至上千层,剥的越薄,附加值越高。石墨烯剥离层数不同,其应用性能也不同。石墨烯研发就如同探险,艰难之中总会遇到一个个惊喜。”王振廷团队在总结国内外石墨烯制备方法的基础上,自主研发了插层剥离法,生产过程高效、绿色、环保、成本低,生产的石墨烯层数在1~10层之间,做到10纳米以下分层可控。该技术指标达到国内领先水平,是目前国内外最适宜大规模生产的新技术之一。“石墨经过剥离,制备出石墨烯,形成石墨烯应用产品的原材料。然而,石墨烯如何转化成产品,不是简单的添加,这需要有敏锐的市场嗅觉,更需了解所研发产品涉猎的行业知识,反复试验,不断优化。”在王振廷眼中,石墨烯可以应用到生活的方方面面,随着下游应用产品的研发,他正一步步用石墨烯改变着百姓生活。

 全国首创将石墨烯成功“纺”进线里

 在石墨烯研发成果展室内,细到粉末,大到悬挂于墙壁上的石墨烯加热壁画,多个石墨烯产品不断给人惊喜。“看,这两轴线可不是普通线轴,这里面加入了石墨烯,具有抑菌、杀菌、抗菌和防静电的作用。市场上常规涤纶丝卖1万多元/吨,而石墨烯纺织涤纶丝的价格达到18万~20万元/吨。”王振廷告诉记者,该团队采用天然石墨烯改性技术制备纺织材料在国内尚属首例。

 回首研发路,王振廷口中念叨最多的便是“难,太难了!”2015年,首条石墨烯生产线投产后,王振廷琢磨着石墨烯的抑菌、抗菌、抗静电等性能,普通布料不具备抑菌性,这要是能把石墨烯加入布料中,肯定受欢迎。石墨烯与涤纶锦纶是不结合的,但王振廷团队经过无数次试验、分析,成功突破了天然石墨烯在涤纶纺织材料难以分散、难以纺丝的关键技术,将天然石墨烯均匀分散到涤纶纺织材料中。

 实验室研发成功后,王振廷把加入石墨烯的纺织母粒邮寄到南方一纺织厂,让其帮着纺成线,起初厂家不同意,到后来回馈“效果不行,再邮点试试。”此时,王振廷犯起地嘀咕,“不行,为啥还一再要!他们是不是没说真话,既然要,这玩意儿肯定行。不等了,自己做!”王振廷团队坚持研发方向,并于2018年7月成功研发出石墨烯纺织涤纶丝技术,同年9月通过国内最高检测机构即国家棉印染产品质量监督检验中心检测,各项指标均优于国家标准,这标志着石墨烯在纺织应用领域技术实现重大突破。

 石墨烯涤纶纺织纤维的抑菌抗菌和防静电特性,使其应用前景非常广阔,可以在妇女儿童内衣、医院床单、防菌服、军队和特种行业大显神威。目前,该团队与鸡西市昌隆石墨制品有限公司合作,生产石墨烯母粒及涤纶纺织纤维,携手进军纺织业。

 不断求索让石墨烯应用到更广阔领域

 在石墨烯研发成果展室内,一张黑乎乎的“大塑料板”静静地依靠在玻璃站台旁。王振廷指着它说:“石墨烯涤纶纤维不是最牛的,这才是我最骄傲的研发成果。插上电让她们看看!”随即王振廷学生接通电源,记者手指刚触碰到“大塑料板”,一股热流“烫”得记者抬起手指,此时测温器上显示113度。“这是石墨烯发热膜,它可以衍生出很多产品,像墙上挂的壁画,既可装点家居,又能替代传统加热器。”王振廷说,石墨烯电加热膜可以实现电加热转换90%以上,最高加热温度可以达到150℃,温度可根据客户需求随意调整,与目前使用的电暖器相比节能30%以上。同时,石墨烯加热膜还具有升温速度快、无异味、无噪音等特点,其放射出的红外线还具有保健功能。

 “石墨烯加热膜是我们的核心技术,它的前段产品则是我们另一核心技术,石墨烯导电油墨。”王振廷说,采用自制的石墨烯导电油墨,再经过丝网印刷印在绝缘膜上,进而形成石墨烯发热膜,该团队不断健全石墨烯产业链条,应对不同市场需求研发新产品。以石墨烯加热膜为例,其在蔬菜水果大棚、育苗保温取暖、加热壁画、地板加热、地砖加热、桑拿房等具有广阔的应用市场。

 此外,该团队与哈尔滨长河特种涂料厂合作生产出石墨烯重防腐涂料,其使用寿命是富锌环氧重防腐涂料的3倍。王振廷团队通过实验研究表明,在普通润滑油中加入石墨烯改性剂,各项性能指标比肩国外名牌润滑油。目前,王振廷团队拥有2项发明专利、2项目实用新型专利及正在申请的4项发明专利。这些专利有些已转化落地,有些正在转化路上。当下,王振廷团队还有四种实用石墨烯产品正在研发中,2年内将实现量产。

黑龙江科技大学,坐落在北国冰城哈尔滨市,是黑龙江“十二五”期间重点建设的特色应用型本科高校,黑龙江、吉林乃至内蒙古地区唯一一所以矿业工程为特色的高校,黑龙江省人民政府和应急管理部共建高校,国家首批“卓越工程师教育培养计划2.0”、“新工科研究与实践项目”入选高校。因坐落于松花江北岸,故有“江畔朝阳”一说。

学校的前身是1947年在鸡西建立的东北第一所煤矿工人学校,几经易名,1981年更名为黑龙江矿业学院,隶属于原国家煤炭工业部,1998年高等教育管理体制改革后,实行中央与地方共建,以黑龙江省管理为主;2000年经教育部批准更名为黑龙江科技学院,2001年在哈尔滨建设新校区,2003年学校主体由鸡西市迁入哈尔滨市。2013年4月18日,经教育部批准更名为黑龙江科技大学。

学校在60多年的办学历程中,学校始终践行“厚德博学、强吾兴邦”的校训,铸就了“自强不息、创业创新”的办学精神,培养出了10万余名优秀人才,为区域经济和中国煤炭工业的发展做出了突出的贡献,被誉为“煤炭工业的脊梁”。

截至2015年4月,学校占地面积128.83万平方米,教学行政用房38.55万平方米,教学科研仪器设备总值27707万元,图书馆藏书183万册,全日制在校生21800余人。