10月13日，浙江寧波供電公司220千伏蟹浦變電站附近，工作人員正在給鐵塔涂刷防腐涂層?？此破胀ǖ囊粚颖”⊥苛希瑓s包含了當(dāng)今世界最前沿的“黑科技”——石墨烯。
日前，寧波供電公司和中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所（下稱“中科院材料所”）成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同探索研究石墨烯的奧秘，其中一項(xiàng)重要成果就是石墨烯基電力桿塔導(dǎo)電重防腐新型涂料。它的防腐性能超出傳統(tǒng)涂料至少兩倍，使桿塔的防護(hù)壽命達(dá)到10年以上，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)電網(wǎng)防腐涂料的技術(shù)空白。而這僅僅只是石墨烯應(yīng)用的冰山一角，它的神奇之處還遠(yuǎn)不止于此。
什么是石墨烯？
2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)將石墨烯帶入了人們的視野，獲獎(jiǎng)?wù)哂?guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫兩位教授，從石墨薄片中成功剝離出了石墨烯。
石墨烯非常薄，厚度只有一根頭發(fā)的20萬(wàn)分之一，是目前已知最薄的一種材料。同時(shí)，石墨烯又非常硬，一片石墨烯就能承受相當(dāng)于一頭成年大象的重量，其硬度超過(guò)鉆石，比世界上最好的鋼鐵還要再硬上100倍，足以問(wèn)鼎最堅(jiān)硬材料。石墨烯還擁有驚人的柔軟性，可在不出現(xiàn)破損的情況下伸展20%以上。此外，石墨烯的導(dǎo)電性遠(yuǎn)高于銅，導(dǎo)熱性在地球上難有匹敵，幾乎完全透明，不親水也不親油，耐酸耐堿，化學(xué)穩(wěn)定性良好?？傊[藏在鉛筆芯中的石墨烯有著數(shù)百種神奇的能力。
其實(shí)，擁有諸多特性的石墨烯化學(xué)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單到令人不可思議。一片石墨烯就是一層碳原子，它們按照六邊形緊密排布、相互連結(jié)，形成蜂巢圖案。要得到石墨烯似乎也不太難，人們常見(jiàn)的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而成，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當(dāng)把石墨片剝成單層之后，石墨烯就出現(xiàn)了。
石墨烯能給我們帶來(lái)什么？
如果使用石墨烯作為原材料或輔助材料，很多科幻片中的場(chǎng)景將成為現(xiàn)實(shí)。我們不妨想象一下，用石墨烯做的手機(jī)可以隨意折疊，用石墨烯做的飛機(jī)、汽車又輕又堅(jiān)固，石墨烯甚至可以為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)重大突破。
簡(jiǎn)單卻又神奇，石墨烯的發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了材料學(xué)界。石墨烯因高導(dǎo)熱性、優(yōu)異的導(dǎo)電性、耐蝕性、高機(jī)械強(qiáng)度和良好的自潤(rùn)滑性成為重要的結(jié)構(gòu)和功能新材料的增強(qiáng)體。隨著石墨烯的生產(chǎn)逐漸規(guī)?；捌滟|(zhì)量和層數(shù)可控性程度的提高，石墨烯復(fù)合材料的研究越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。歐盟委員會(huì)將石墨烯列為僅有的兩個(gè)“未來(lái)新興技術(shù)旗艦項(xiàng)目”之一，美國(guó)也將石墨烯視為同3D打印技術(shù)同等重要的支撐未來(lái)科技發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。目前，英、德、美、日等國(guó)已在石墨烯低成本、規(guī)?；G色制備及石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域取得了一定的研究成果，初步揭示了石墨烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能、應(yīng)用功能的調(diào)控機(jī)制，初步實(shí)現(xiàn)了石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料在高頻電子、傳感器、柔性顯示等領(lǐng)域的應(yīng)用。
我國(guó)在石墨烯領(lǐng)域研發(fā)起步較晚，但發(fā)展速度驚人，目前已成為石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最活躍的國(guó)家之一。近年來(lái)，以中科院材料所、北京航空材料研究院為代表的研究結(jié)構(gòu)已在石墨烯粉體低成本、規(guī)模化制備技術(shù)的研究上取得重要進(jìn)展，石墨烯成本已從最初的每克幾千元降到大批量生產(chǎn)時(shí)的每克幾元甚至低于1元。盡管尚未經(jīng)過(guò)產(chǎn)品均一、穩(wěn)定性等嚴(yán)格的考驗(yàn)，但為其在下游的規(guī)?；瘧?yīng)用提供了極大可能。
近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司大力推動(dòng)新材料、新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)材料，新材料能進(jìn)一步提升電網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性和安全性，降低電網(wǎng)建造和維護(hù)成本，同時(shí)還兼具傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能，滿足日益嚴(yán)苛的輸電需求。在石墨烯與電網(wǎng)材料的相關(guān)研究中，為了使防腐新材料成功“孵化”，寧波供電公司把握國(guó)內(nèi)石墨烯研究領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)中科院材料所位于寧波的地緣優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)尋求合作，說(shuō)明研究意向。在多次爭(zhēng)取、溝通之下，本著優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源共享、合作共贏的基本原則，寧波供電公司與中科院材料所積極建設(shè)寧波電網(wǎng)新材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，為新材料、新技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室是技術(shù)合作的聯(lián)合體，雙方共同研究開發(fā)電網(wǎng)設(shè)施、設(shè)備表面防護(hù)材料和高性能導(dǎo)電材料，加速科技成果的轉(zhuǎn)化，提升電網(wǎng)企業(yè)在新材料領(lǐng)域的技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力，促進(jìn)表面工程技術(shù)和電網(wǎng)新材料在電力行業(yè)的示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)共贏目標(biāo)。于是，雙方對(duì)石墨烯在電網(wǎng)材料上的研究、應(yīng)用開始步入深水區(qū)。
目前石墨烯應(yīng)用方面取得了什么成果？
“寧波沿海地區(qū)輸電線路附近化工廠數(shù)量多、空氣含硫廢氣含量高、濕潤(rùn)海風(fēng)影響大，導(dǎo)致沿海輸電桿塔腐蝕情況較內(nèi)陸地區(qū)快3至5倍?！睂幉ü╇姽拘畔⑼ㄐ欧止究萍紝Ｂ毞皆戚x坦言，鐵塔防腐一直是寧波供電公司致力研究的一個(gè)問(wèn)題。
目前，人們?cè)诜栏g方面的最新發(fā)現(xiàn)就是石墨烯。常用的聚合物涂層很容易被刮傷，降低了保護(hù)性能。而石墨烯做保護(hù)膜，能顯著延緩金屬的腐蝕速度，更加堅(jiān)固抗損傷?；谑┑倪@種特性，寧波供電公司把聯(lián)合研究重點(diǎn)放在了如何實(shí)現(xiàn)石墨烯在銅基體中的均勻分散和兩相界面的良好結(jié)合上，致力于研制兩種體系高性能石墨烯基重防腐涂層——高導(dǎo)熱石墨烯基重防腐涂層和石墨烯基導(dǎo)電涂層，實(shí)現(xiàn)沿海地區(qū)變電站變壓器、隔離開關(guān)、輸電塔架、變電站接地網(wǎng)等輸變電設(shè)施設(shè)備的長(zhǎng)效防腐。
而將石墨烯材料與有機(jī)高分子防腐涂料結(jié)合起來(lái)，可獲得環(huán)保、低成本、高效、便于施工的重防腐材料與技術(shù)。在輸電設(shè)備中使用石墨烯基新型碳材料后，可平穩(wěn)提升線路輸電能力、保障輸電安全，顯著延長(zhǎng)輸電塔架、線路、輸變電設(shè)備的服役壽命，將傳統(tǒng)鍍鋅層輸電塔架在海洋大氣區(qū)和工業(yè)區(qū)的防護(hù)壽命提高6年以上，減少維修檢修次數(shù)和維修頻率，確保輸電安全。目前石墨烯基電力桿塔導(dǎo)電重防腐新型涂料已經(jīng)研制成功，并在鎮(zhèn)海、北侖、鄞州等區(qū)域使用，效果良好。
“我們會(huì)繼續(xù)拓展、深入這方面研究。下一步，將重點(diǎn)研究石墨烯電網(wǎng)自清潔防結(jié)冰涂層材料及關(guān)鍵技術(shù)。”方云輝拿出研究計(jì)劃表說(shuō)。
每年冬季，我國(guó)南部省份容易發(fā)生低溫雨雪冰凍災(zāi)害，致使高壓輸電線路及絕緣子出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰、覆冰現(xiàn)象，影響輸電安全。從石墨烯入手，開展電力傳輸領(lǐng)域超疏水涂層防結(jié)/覆冰技術(shù)研究，并將其技術(shù)“嫁接”于輸電線路、鋼塔架及玻璃絕緣子產(chǎn)品上，進(jìn)一步開展其“自清潔防覆冰輸電線路”與“自清潔玻璃絕緣子技術(shù)”研發(fā)、工程應(yīng)用示范及產(chǎn)業(yè)化推廣，并形成高技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品，逐步推廣應(yīng)用電力傳輸領(lǐng)域，對(duì)增強(qiáng)國(guó)家電力系統(tǒng)安全，保障人民正常生活生產(chǎn)有著重要意義。
