1.概述

石墨烯玻璃纖維復合材料具有良好的電加熱性能，從室溫加熱到數百攝氏度只需要不到10秒，電熱轉化利用率高達87%，遠高于常規電熱材料，同時有普通電熱材料所不具備的輕質性和柔性。該新型材料可用于極端環境下的電加熱領域，如風電葉片除冰、機翼除冰、鐵路道岔除冰等。

2.制備方法

石墨烯玻璃纖維的制備通常涉及將石墨烯與玻璃纖維或玻璃纖維制成的基體結合的過程。這個過程可以通過多種方法實現，常見的包括：

（1）涂覆法: 這是一種直接的方法，涉及將石墨烯以液體形式涂覆在玻璃纖維表面。這可以通過浸漬或噴涂來實現。石墨烯的懸浮液可以均勻涂覆在玻璃纖維上，然后通過烘干或固化來固定石墨烯。

（2）化學氣相沉積（CVD）: 這種方法通過在高溫下將含碳氣體分解，直接在玻璃纖維表面生長石墨烯。這種方法可以產生高質量的石墨烯薄層。

（3）浸漬法: 在這種方法中，玻璃纖維被浸入含有石墨烯的溶液中，使石墨烯均勻分布在纖維上。之后，通過加熱或化學方法使石墨烯固定在纖維上。

（4）復合材料混合: 這種方法涉及將石墨烯粉末與玻璃纖維及其他樹脂或基體材料混合，然后通過模壓、注塑或其他成型技術制成復合材料。

這些方法的選擇取決于所需的石墨烯覆蓋度、復合材料的最終用途以及成本效益考慮。石墨烯的加入可以大大改善玻璃纖維的性能，但這也需要精確的制備工藝以確保石墨烯的均勻分布和有效結合。隨著技術的發展，這些制備方法也在不斷進步和優化。

3.材料特性

墨烯玻璃纖維是一種先進的復合材料，結合了石墨烯的特性和玻璃纖維的優點。以下是這種材料的一些主要特性和應用：

（1）高強度和輕質: 石墨烯的加入使得玻璃纖維的強度和剛性得到顯著提升，同時保持較輕的重量。

（2）導電性: 石墨烯是優秀的導電材料，其加入能夠使玻璃纖維具有一定的導電性，這對于某些特殊應用非常重要。

（3）熱穩定性: 石墨烯玻璃纖維在高溫下仍能保持性能穩定，適用于需要耐高溫的環境。

（4）耐腐蝕性： 這種材料對化學物質和環境因素的抵抗力較強，適合用于惡劣的外部環境。

（5）應用領域: 石墨烯玻璃纖維在航空航天、汽車制造、體育用品、建筑材料等多個領域都有潛在的應用。

由于石墨烯的特性和多樣性，將石墨烯與玻璃纖維結合，可以創造出多種具有特定功能和優異性能的復合材料。隨著研究和技術的發展，這種材料的應用范圍和性能都有望進一步擴展和提升。

4.應用案例

由北京石墨烯研究院（BGI）研制的蒙烯玻纖材料的地鐵座椅發熱單元，在北京中車長客二七軌道裝備有限公司裝車成功。這不僅是全球首列以蒙烯玻纖材料作為電熱座椅的地鐵，也是該材料在地鐵座椅加熱場景中的首次大量應用。

蒙烯玻纖電熱座椅解決方案（座椅表面溫度可達40℃）充分發揮了石墨烯升溫迅速、發熱均勻等本征特點，且蒙烯玻纖材料具有高孔隙三維編織結構，具備與現有地鐵座椅使用材料更好的工藝相容性。

圖 蒙烯玻纖電熱座椅裝車

經由測試，蒙烯玻纖材料在長時間耐久使用后，不會出現功率衰減等問題，其工藝兼容性、溫度均一性都要優于現有的碳纖維線狀發熱方案。

5.技術熱點

北京石墨烯研究院有限公司產品發布官發布了3款明星產品：石墨烯冷凍電鏡支撐膜、超級蒙烯玻璃纖維織物、全球首臺米級寬幅蒙烯玻璃纖維織物卷對卷制備系統。

冷凍電鏡技術（cryo-EM） 得益于相關硬件和軟件的持續發展，已成為結構生物學領域中主流的研究方法之一。然而，該技術目前仍然面臨著一些關鍵的挑戰，如氣液界面、背景噪音太強、成像過程中輻照損傷、樣品顆粒抖動和優勢取向等，使得該技術解析分子量較?。ㄐ∮? 00kDa）、結構柔性、性質敏感、易于變性的生物大分子結構仍然非常困難。石墨烯具有高機械強度、高導電/熱、厚度可達原子級（～0.3nm）等特性，是作為電鏡樣品支持膜的理想材料。

圖 功能化修飾石墨烯載網用以生物冷凍電鏡成像

超級蒙烯材料是北京大學/北京石墨烯研究院劉忠范院士團隊發展的新概念材料，蒙烯玻璃纖維是超級蒙烯材料的典型代表，完美地融合了石墨烯與玻璃纖維的優異性能。作為新一代柔性導電導熱材料，擁有電阻調控范圍寬（從1Ω/口到數千Ω/口）、超快升溫速率（190oCs-1@9.3Wcm-2）、超高紅外輻射性能（>84%@0.75-3.5μm）、超高電熱轉換效率（>94%）、高電磁波透波率、以及輕質柔性等顯著特點。利用蒙烯玻璃纖維織物優異的電加熱性能與獨特的電磁特性，首次突破了高透波電磁兼容電熱應用技術，解決了重點型號飛行器的電加熱防除冰與隱身匹配性問題，首次實現了石墨烯材料在國防尖端裝備中的規?；瘧煤团糠€定供貨。

米級寬幅蒙烯玻璃纖維織物卷對卷制備系統是北京石墨烯研究院自主研發并制造的第三代卷對卷生長設備，其產能達20000平米/年，是市面同類型裝備產能的5倍以上。上述3款產品的研制成功是BGI石墨烯材料及裝備快速走向產業化的又一里程碑。

小結

正如前述蒙烯玻璃纖維的具體案例，我們可以通過巧妙的載體選擇和材料設計，架起連接理想的單層石墨烯基元到實用宏觀材料的橋梁，實現石墨烯的優異特性向宏觀實用場景的有效傳遞。在超級蒙烯材料設計和制備過程中，襯底材料的選擇和預處理、石墨烯的可控生長、石墨烯—襯底的界面調控、后加工成型以及批量制備工藝與裝備等極為關鍵，也是超級蒙烯材料走向應用的基礎。由于超級蒙烯材料的多樣性和復雜的電子聲子耦合，這一全新的復合材料領域有可能孕育新的物理發現，催生新的技術創新，甚至引發新的產業革命。