“中国发明,世界领先”:石墨烯材料研究取得突破进展 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 20:10:53
中航工业航材院的一组年轻科研人员在国际石墨烯研究领域首创“烯合金”材料,这一具有里程碑意义的重大自主创新,不但发明了一类具有优异性能的新型高端合金材料,也使我国成为石墨烯这一材料科学前沿基础和应用研究的领跑者。近日记者采访了中航工业董事长、党组书记林左鸣,请他就这一重大科技成果做出评价,并对“烯合金”改性的微观机理做探索性分析。

《中国航空报》:航材院燕绍九、杨程、洪起虎等科技人员近期在《材料工程》杂志上发表了“石墨烯增强铝基纳米复合材料的研究”一文,您对纳米材料技术十分关注,请从这个角度谈谈这项发明的价值和意义?
林左鸣:航材院发表的这篇论文,表明他们以石墨烯作为纳米填充材料,对其他材料实现了成功改性,完成了一项在
国际上领先的重要发明,具有十分重要和深远的意义。这项发明意味着,我们可以用石墨烯作为填充材料对一系列金属材料进行改性提高品质性能,制造出系列的“烯合金”材料。我个人认为,这在合金材料发展历史上,无异于是一场划时代的革命,尤其对航空工业的发展,将带来巨大的影响。对此,我由衷地感到高兴,也说明了多年来航空工业广大科技人员努力在基础和前沿科技领域里探索和耕耘,已经开始结出丰硕果实!为实现“中国发明,世界领先”的战略目标迈出了坚实的步伐!

《中国航空报》:您对纳米材料的微观机理进行了大胆的猜想性探索,设立了若干假说。您能否对烯合金改性的微观机理做进一步的探索性分析?
林左鸣:我对此仍然只能作猜想性的探索,科学的机理要以科学试验的实证为准绳。石墨烯本身就属于纳米级材料,因此它本身就具有纳米粒子所应有的表面活性状态,容易与其他材料粒子结合。目前纳米粒子最主要的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料,但很多材料的纳米粒子制取和保存都相对困难,石墨烯目前成为人们比较便于大规模制取和保存的纳米材料,因此,可以广泛用于其他材料改性时的填充材料。由于石墨的韧性和强度及成为纳米材料时的表面活性特点,当作为填充材料时,可能使石墨烯成为其他被填充材料(基础材料)中晶粒之间的隐性焊接材料,在晶粒界面形成链桥效应。也就是说,基础材料晶粒之间通过石墨烯表面活性作用,形成了晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。当基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后,在外力作用时,其晶界滑移现象减少,抗应力能力增加,从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。以上仍然仅仅是一种猜想式的假说,真正的机理最终还需要通过充分的科学试验去印证。

《中国航空报》:在我们的印象中,近几年来,您多次谈到今后若有新技术革命,其突破口和领域一定是在材料科学领域,最近您又提出新的材料技术革命,有赖于粒子科学的突破。您是否认为在新的粒子科学突破之前,纳米技术的发展对于新材料技术的进一步突破和发展十分重要?
林左鸣:我赞同您的判断,纳米技术的发展是在微观粒子有突破性的新发现之前,支撑新材料技术发展的重要手段。众所周知,几百年来,人类技术进步的每一次重要突破,都无一例外地和材料技术的发展有着十分密切的关系,而材料技术的新突破,又缘于人类对微观粒子的认识水平。人们认识到分子和原子时,化学技术突飞猛进;当人们打开了原子核,认识到了中子和质子时,人类拥有了核能;而人们了解到正负电荷以后,人类进入了电力、电子时代。从粒子科学的发展到新材料技术的突破和应用,直到引发一波又一波的产业革命,这就是几百年来,科技发展日新月异,突飞猛进的现实写照。

全球经济危机之后,人们关注下一轮科技和产业革命,但由于这涉及对微观粒子的新认知,难度似乎越来越大,而其实过渡阶段必然是纳米粒子的认识和其技术的广泛应用。所以,今天我们关注新的材料技术发展,必须十分关注和重视纳米技术的新突破和新应用中航工业航材院的一组年轻科研人员在国际石墨烯研究领域首创“烯合金”材料,这一具有里程碑意义的重大自主创新,不但发明了一类具有优异性能的新型高端合金材料,也使我国成为石墨烯这一材料科学前沿基础和应用研究的领跑者。近日记者采访了中航工业董事长、党组书记林左鸣,请他就这一重大科技成果做出评价,并对“烯合金”改性的微观机理做探索性分析。

《中国航空报》:航材院燕绍九、杨程、洪起虎等科技人员近期在《材料工程》杂志上发表了“石墨烯增强铝基纳米复合材料的研究”一文,您对纳米材料技术十分关注,请从这个角度谈谈这项发明的价值和意义?
林左鸣:航材院发表的这篇论文,表明他们以石墨烯作为纳米填充材料,对其他材料实现了成功改性,完成了一项在
国际上领先的重要发明,具有十分重要和深远的意义。这项发明意味着,我们可以用石墨烯作为填充材料对一系列金属材料进行改性提高品质性能,制造出系列的“烯合金”材料。我个人认为,这在合金材料发展历史上,无异于是一场划时代的革命,尤其对航空工业的发展,将带来巨大的影响。对此,我由衷地感到高兴,也说明了多年来航空工业广大科技人员努力在基础和前沿科技领域里探索和耕耘,已经开始结出丰硕果实!为实现“中国发明,世界领先”的战略目标迈出了坚实的步伐!

《中国航空报》:您对纳米材料的微观机理进行了大胆的猜想性探索,设立了若干假说。您能否对烯合金改性的微观机理做进一步的探索性分析?
林左鸣:我对此仍然只能作猜想性的探索,科学的机理要以科学试验的实证为准绳。石墨烯本身就属于纳米级材料,因此它本身就具有纳米粒子所应有的表面活性状态,容易与其他材料粒子结合。目前纳米粒子最主要的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料,但很多材料的纳米粒子制取和保存都相对困难,石墨烯目前成为人们比较便于大规模制取和保存的纳米材料,因此,可以广泛用于其他材料改性时的填充材料。由于石墨的韧性和强度及成为纳米材料时的表面活性特点,当作为填充材料时,可能使石墨烯成为其他被填充材料(基础材料)中晶粒之间的隐性焊接材料,在晶粒界面形成链桥效应。也就是说,基础材料晶粒之间通过石墨烯表面活性作用,形成了晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。当基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后,在外力作用时,其晶界滑移现象减少,抗应力能力增加,从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。以上仍然仅仅是一种猜想式的假说,真正的机理最终还需要通过充分的科学试验去印证。

《中国航空报》:在我们的印象中,近几年来,您多次谈到今后若有新技术革命,其突破口和领域一定是在材料科学领域,最近您又提出新的材料技术革命,有赖于粒子科学的突破。您是否认为在新的粒子科学突破之前,纳米技术的发展对于新材料技术的进一步突破和发展十分重要?
林左鸣:我赞同您的判断,纳米技术的发展是在微观粒子有突破性的新发现之前,支撑新材料技术发展的重要手段。众所周知,几百年来,人类技术进步的每一次重要突破,都无一例外地和材料技术的发展有着十分密切的关系,而材料技术的新突破,又缘于人类对微观粒子的认识水平。人们认识到分子和原子时,化学技术突飞猛进;当人们打开了原子核,认识到了中子和质子时,人类拥有了核能;而人们了解到正负电荷以后,人类进入了电力、电子时代。从粒子科学的发展到新材料技术的突破和应用,直到引发一波又一波的产业革命,这就是几百年来,科技发展日新月异,突飞猛进的现实写照。

全球经济危机之后,人们关注下一轮科技和产业革命,但由于这涉及对微观粒子的新认知,难度似乎越来越大,而其实过渡阶段必然是纳米粒子的认识和其技术的广泛应用。所以,今天我们关注新的材料技术发展,必须十分关注和重视纳米技术的新突破和新应用
嗯,不错,再接再厉争取早日实现工程应用!
快工业化!

嗯,不错
这个是干什么用的?来自: Android客户端
没有实用前抱怀疑态度。太多的假技术了。
还处于假设状态吧。

嗯,不错,再接再厉争取早日实现工程应用
这个合金如何大规模生产?性能如何也没交代。
z总之是高科技产品
我也是做graphene的 与magnetic titanium dioxide复合降解水里的染料 graphene确实好玩
世界首创意味着暴利。
有创新人才,这个才是重点,中国加油!
再接再厉争取早日实现工程应用
621给力了。

不过话说回来,这到底关林老板啥事呢,难道是您老人家发现的石墨烯?

记者想问问题不去采访科研人员,不去采访业内的专家,反而来向中航董事长,党组书记请教?


除了展示您林左鸣是个能人,稳坐中航之余亦能对材料侃侃而谈,指点江山,还有啥用?

航空报这个马屁拍的有点难看。
铁血上有人贴出了公开发表的论文文字版
不过不包括电子显微镜照片
其中这一句值得注意
“(3)添加0.3%的石墨烯纳米片,明显提高了铝合金的强度。屈服强度从204 MPa 提高到322 MPa,提高幅度高达58%;抗拉强度从364 MPa提高到455 MPa,增加了25%,同时塑形未见降低。”
虽然我不是搞材料力学的,具体的机理部分看不懂,但是这个东西对于我们的飞机的结构强度有啥意义,大家都明白吧。
hw4849 发表于 2014-5-8 22:25
这个合金如何大规模生产?性能如何也没交代。
论文里面说了,石墨烯是用Hummer法制备的,合金是通过球磨法形成的,还算是比较适合放大规模的方法吧。
这石墨烯片,是怎么均匀的混合到铝合金中的。。。
jdltyz 发表于 2014-5-9 01:24
这石墨烯片,是怎么均匀的混合到铝合金中的。。。
球磨法而已,其实也就是微米级混合的说,不过性能够用就是了。这篇论文在网上可以直接下载的,不涉及保密。
为什么不采访工程师而找林总,难道林总是个万金油,啥都懂?林总现在这么牛,估计不在乎这点露脸的机会,肯定是航空报的编辑或者记者怕马屁啊。
论文里面说了,石墨烯是用Hummer法制备的,合金是通过球磨法形成的,还算是比较适合放大规模的方法吧。
铝合金球磨,氧化怎么避免?
这个应发科学版块吧!
石墨烯世界都在炒作nn年了
不知道是做什么用的啊
phenixw 发表于 2014-5-9 06:21
铝合金球磨,氧化怎么避免?
这个就不懂了,毕竟本人不是干冶金的。
fyapply 发表于 2014-5-9 09:22
这个就不懂了,毕竟本人不是干冶金的。

从楼上几个的引述来看, 材料的制备工艺可以推测出来大致是:铝合金粉(或铝粉,本人推测应该是铝粉,铝合金粉市售的很少),加上石墨烯球磨,主要是让石墨烯分散均匀。由于铝的球磨工艺,几乎无法避免铝粉的氧化,采用保护气氛, 可以减少氧化的发生,但不可以避免。球磨后的工艺可以采用烧结, 或重熔工艺。重熔将无法避免石墨烯和铝也得分离(重力作用),融化时间短点,可能分离不太严重?烧结的话,孔隙难以避免,可以时候锻造来提高。没看原文不好说。另外铝和石墨烯在高温会发生反应生成Al4C3相。具体有多少石墨烯参与反应, 这要取决与高温的时间和温度。 考虑到石墨烯为单原子厚度(活性要较石墨高很多,即使很少量的石墨原子参与反应, 也可能会对石墨烯的结构产生破坏),我看能有多少石墨烯剩下,这个很玄。
从楼上给出的数据来看 “添加0.3%的石墨烯纳米片,明显提高了铝合金的强度。屈服强度从204 MPa 提高到322 MPa,提高幅度高达58%;抗拉强度从364 MPa提高到455 MPa,增加了25%,同时塑形未见降低。”
其屈服强度和抗拉强度并不比6字头和7字头的铝合金强。塑性指标未给出,其说塑形未见降低似乎不可能。强度和塑性指标是对立的,强度大幅提高,塑性不降几乎不可能。

由于没有看过原文,也不知道采用何种工艺(烧结还是重熔)。对性能高指标不便更深分析。
个人认为,只能说做了一些有益的尝试, 说道世界领先,突破进展, 言过其实!
不知道能干啥,有人科普吗?
由于石墨的韧性和强度及成为纳米材料时的表面活性特点,当作为填充材料时,可能使石墨烯成为其他被填充材料(基础材料)中晶粒之间的隐性焊接材料,在晶粒界面形成链桥效应。也就是说,基础材料晶粒之间通过石墨烯表面活性作用,形成了晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。当基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后,在外力作用时,其晶界滑移现象减少,抗应力能力增加,从而使得被填充的基础材料的强度随着抗应力能力的提高而增强。以上仍然仅仅是一种猜想式的假说,

毫无根据的猜测?基本的材料知识都不懂?晶粒界面呈现无缝隙连接的形态这是什么概念?晶界有缝????
小废 发表于 2014-5-8 23:16
我也是做graphene的 与magnetic titanium dioxide复合降解水里的染料 graphene确实好玩
我催化降解过甲基橙,效果不是很好。。。
phenixw 发表于 2014-5-10 14:58
由于石墨的韧性和强度及成为纳米材料时的表面活性特点,当作为填充材料时,可能使石墨烯成为其他被填充材料 ...
学材料的表示,一般晶界是杂质和缺陷的富集区,人工掺杂石墨稀应该是将其富集在晶界起到提升晶界性能的。无缝隙连接这个不理解,不知道是不是他们自造的专用术语之类的。比如意思是可以把晶界性能加强至晶粒级别之类的。
猜测一下这种掺杂一般都是工艺控制严格,比如为控制孔隙率和减少烧结时间控制晶粒生长,一般需要比常规粉末冶金更高压的成形机、或是等静压成型之类的,烧结控制难度高,能不能大型化或制造复杂部件是个问题,很可能永远走不到实际生产中。。
然后基本的材料常识里不会涉及这些,就算是学材料的只要不是针对这方面研究,估计也不明白。
棒子不是说要做显示屏么?咱也赶紧掺和下,好东西不能落下!
不过这个和棒子的技术上有多大差距?
棒子不是说要做显示屏么?咱也赶紧掺和下,好东西不能落下!
不过这个和棒子的技术上有多大差距?
我要抢二楼 发表于 2014-5-8 19:47
这个是干什么用的?
这东西比碳纤维好。
liruyuan1988 发表于 2014-5-10 17:53
学材料的表示,一般晶界是杂质和缺陷的富集区,人工掺杂石墨稀应该是将其富集在晶界起到提升晶界性能的。 ...
谁能把该论文贴上来?看楼上的意思,这应该是一种改进的弥散材料,推测所谓的无缝连接应该是弥散相和基体有化学反应形成键连接,使相与相之间的作用增强,这样强度会显著增强,但所谓的延展性不减是不太可能的。该技术的显著难点是混合工艺和成型过程的物理化学控制,其中成型温度,压力以及需要添加的助剂更是影响材料最终性能
cwxkaka123 发表于 2014-5-10 18:20
这东西比碳纤维好。
如果成功了,结构材料还是选用工艺与使用经验成熟的铝,起码是铝基弥散材料,比起碳纤维复合材料来说,在达到相同减重的效果下,更容易维护中的探伤维护,退役后的回收,经济性能,安全性能应该更有保障吧
红衣主教 发表于 2014-5-10 18:44
谁能把该论文贴上来?看楼上的意思,这应该是一种改进的弥散材料,推测所谓的无缝连接应该是弥散相和基体 ...
在google学术里搜这个标题,直接可以免费下载。。。。试试这个链接http://jme.biam.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=7781,我在墙外能直接下载,你要不能下的话可以google学术或去这些地方下载一下。
至于论文,只能说制备用了紧耦合气化法(这个我不懂~~),混合用的湿法混磨,成型用了高温150Mpa等静压成型。最后20吨热挤压。。。。。。。。。实验室级别的玩法,小尺寸部件也许会用,大尺寸的结构体和大规模工业化完全看不到一丁点希望。
phenixw 发表于 2014-5-9 06:21
铝合金球磨,氧化怎么避免?
真空或惰性气体保护
phenixw 发表于 2014-5-10 14:58
由于石墨的韧性和强度及成为纳米材料时的表面活性特点,当作为填充材料时,可能使石墨烯成为其他被填充材料 ...
金属晶体的晶界不可能是完美的,存在结晶缺陷,结晶缺陷在应力作用下容易产生晶界滑移,如果石墨烯能充当胶水的作用,似乎说得通。
论文里面说了,石墨烯是用Hummer法制备的,合金是通过球磨法形成的,还算是比较适合放大规模的方法吧。
也就是说,总体更接近于粉末冶金这条线。
金属晶体的晶界不可能是完美的,存在结晶缺陷,结晶缺陷在应力作用下容易产生晶界滑移,如果石墨烯能充当 ...
石墨浠充当的是铆钉,不是胶水。