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石墨烯与玻璃混合制成车窗膜 防止热量进入
发布时间:2021-02-10 02:10    文章作者:超凡电竞

  石墨烯与玻璃之间的互补特性意味着这两种材料能够完美地结合,融合两者对于汽车行业的发展会特别有利。石墨烯是一种神奇的材料,经常因其创新物理特性而备受推崇。此种材料由一层按二维六边形晶格结构排列的单层碳原子组成,具有机械强度、导电性与导热性以及灵活性,因此是电子设备的重要组成部分。但是,此种非凡的材料还有一种通常不被人极度吹捧的特性,即当其与其他特性相结合时,特别适用于研发玻璃和窗膜,因为其具备光学透明性。

  石墨烯的强度和光学透明性表明其在打造和改进石墨烯/玻璃融合产品方面具有巨大的商业潜力,尤其符合汽车行业的利益。

  美国STEK Automotive公司就是该领域的重大研发商之一,该公司最近刚刚推出了一款先进的纳米陶瓷窗膜——NEX。该款纳米陶瓷窗膜含有石墨烯、钨和氧化锑锡,可以为驾驶员提供清晰的视野,并且降低UV(紫外线),减少眩光。钨和氧化锑锡是两种高效的红外吸收剂,因此该薄膜还可以防止热量进入汽车内部。

  NEX不仅具备上述优点,其还可以允许电磁信号不受阻碍地通过,因此不会对车内的电子设备和通信设备造成破坏。虽然对于石墨烯玻璃薄膜而言是重要的一步,但NEX不是科学家们首次尝试将此类材料的互补特性结合起来。

  自2004年石墨烯首次从石墨中分离出来,就引起了研究人员的极大兴趣,其中包括将石墨烯与玻璃结合在一起的各种尝试,可以在不牺牲传统玻璃的透明度的前提下,赋予石墨烯玻璃产品显著的导电/导热性以及表面疏水性。

  将玻璃与石墨烯结合成为研究重点的部分原因在于,石墨烯可用作透明且坚韧的维护材料,因为其厚度与一个原子的厚度相当,而且每一层石墨烯只吸收落在其上面的2%的光。这一点是因为石墨烯的电磁场被限制在其单分子层内,而电子可以自由地在其表面移动。

  自由电子只能吸收少量的能量,而且由于特定波长的光子被一定数量(或定量)的能量包裹,该自由电子只能吸收有限的一组光子。石墨烯的光学透明性及导电性意味着当其与玻璃耦合在一起时,不仅适用于车窗和挡风玻璃,还可用于制造高柔性导电线、多功能光纤以及高精度传感器。

  石墨烯的强度源于其碳原子在共价键连接的晶格中有序排列,不过,石墨烯给玻璃带来的另一好处是不仅具有抗拉强度,还具有耐久性。

  我们都知道玻璃具有破碎的风险,但是加入石墨烯就可以提升其抗拉强度,让其更加耐用。但是大家不那么熟悉的事实是,玻璃也易于腐蚀。随着时间的推移,在高湿度和高pH值的环境下,很多类型的玻璃会开始腐蚀,腐蚀后的玻璃会失去透明度,强度降低。

  让石墨烯与玻璃集成在一起通常需要在玻璃上铸造石墨烯纳米薄片,或者在金属上生长的石墨烯薄膜上转移涂覆涂层,不过,还有一种新发明的方法是直接在玻璃上生长石墨烯。IBS团队就采用了此种方法,消除了集成过程中可能产生的污染和潜在损坏,从而实现了更高质量的玻璃/石墨烯混合产品。

  由于玻璃表面吸附了水,玻璃就会开始腐蚀。然后,水中的氢离子会扩散到玻璃中,并与玻璃表面的钠离子交换、玻璃表面附近的水的pH值增加,该硅酸盐结构就会溶解,而石墨烯的疏水性有助于缓解此种现象。由于石墨烯具有化学惰性,因而作为一种薄涂层材料时是一种很好的化学屏障。此类特性意味着石墨烯也可用于保护车辆的其他部分,如油漆、车身以及车轮装饰等。


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