石墨烯代替“空調” 打開新的大門

隨著5G技術的逐步成熟,手機等各個電器的高功耗問題就成為行業焦點,于是石墨烯技術便再次引發熱議。
  
石墨烯不僅具有很好的安全性和導熱性。同時散熱性也會更好,不會因為溫度升高而出現發熱、發燙、起火的問題。
  
有業內人士稱,石墨烯的“黑科技”技術。應用前景廣泛,可運用到多個行業與領域上。被內視為是下一個技術突破方向。有關機構預測,隨著5G技術的進步,將推動石墨烯的規?;瘧茫?—10年內市場將進入高速發展期。
  
什么是石墨烯技術?
石墨烯是一種單層碳原子組成的材料,因其獨特的結構,石墨烯的硬度超過鉆石、電力的遷移率超過硅材料10倍有余,還有超高的導熱率,導熱系數高達5200W,是目前為止導熱系數高的碳材料,而且它的體積輕薄,如果將石墨烯用于住宅取暖上的話將是理想的材料,沒有之一。
目前,各個都在試圖搶占石墨產業化的先行者。經國際數據公司估算,石墨烯取暖的市場規模2~3年內可達到23億美金。隨著我國,煤改電的逐步實施,石墨烯取暖憑借它的優越性受到了很多人的喜歡,并且相比于傳統的空調、集中供暖等發現石墨烯取暖的成本更低。
因為石墨烯材料對電熱轉化率高達90%以上,結合我國各地區推行電價補貼政策,每天只需要一度電。明顯降低了老百姓在冬季的取暖開銷。無論是城市還是農村,并且相比于在集中供暖的建造中、需要的各種建造用費、安裝材料費、維護運行人工費等。并且傳統的集中供暖很依賴大型機械設備、管道及暖氣片相當笨重,難運輸,運費高,使開發商在供暖項目上投入更多的資金。而石墨烯供暖只需支付系統材料、安裝費用,無需后期保養,沒有其他費用,整體開支低于集中供暖20%。并且石墨烯取暖可以到達1分鐘左右快速升溫的效果。并且使用壽命長,突破 70年。
 
穿個“空調”在身上,新型石墨烯材料可自動降低穿戴者體溫
  曼徹斯特大學的石墨烯研究所就創造性地研發出一種熱適應性服裝。他們利用材料界的新星——石墨烯,使得這種服裝具備自動降低穿戴者體溫的功能。也就是說,穿上這件衣服,就像穿了個空調在身上,俗稱——可穿戴“空調”。
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  該團隊還開發了一件T恤衫內的原型產品,使穿戴者可以投射肉眼看不見但可以被紅外攝像頭讀取的編碼消息。
  我們知道,石墨烯是從石墨材料中剝離出來的、六角型蜂巢晶體的二維碳納米材料,其厚度為0.335nm左右,是目前為止薄的二維納米碳材料。
  而且,石墨烯材料因其特殊的結構,具有很多特殊性能,優異的電學性能、極高的導熱性、優異的阻隔性能、柔韌性等,“新材料之王”的名號當之無愧。
  因次,在此次的研究中,科學家們就非常巧妙的利用了石墨烯的柔韌性,使其與各類紡織物(如棉、聚酯紗線等)完美結合在一起,終制成衣物。該設備由紅外透明聚合物層、多層石墨烯(MLG)、織物分離層和導電織物組成。
  為了讓這種衣服可以符合實際應用,該團隊還測試了石墨烯在織物上的壓縮和洗滌穩定性,結果證明:棉織物上附著的石墨烯片材電阻和紅外發射率經過力學和水洗試驗,均未出現劣化跡象。這顯示出該裝置具有較高的耐用性和靈活性。
  而后,該團隊進行了一系列實驗發現:將離子可逆地插入石墨烯層中,并調節其電學和光學特性,就可以實現自動的熱輻射調節。
  當電壓為 0 V 時,石墨烯具有高紅外吸收能力,與設備連接的顯示器就會顯示它的實際溫度。而當施加足夠的電壓差(>2.5v)時,離子液體嵌入到石墨烯層中,就會提高它的光學傳導率,從而掩蓋設備的實際溫度。此外,石墨烯作為一個高導熱層,會使織物的面內熱擴散率加倍,增強從底部到表面的熱傳導效率。這在另一方面也有助于降低穿戴者的體溫。
  
衛星安裝石墨烯“空調”
  太空充滿了驚人的極端,溫度也不例外。在面向太陽和面向地球之間運轉時,衛星可以體驗到超過400°C的溫度變化。衛星變得太熱或太冷會有很大的影響,比如會造成我們每天使用的電子設備軟件中斷,嚴重影響我們的緊急服務等。目前,熱管理設備不是佳選擇,它們又大又重,耗電量大,會迅速降低衛星的能量儲備。
  目前,曼徹斯特大學衍生公司SmartIR正在構建一個具有成本效益的解決方案,以確保衛星能夠按需控制熱輻射。SmartIR的研究小組已經為衛星開發了一種基于石墨烯的智能涂層,根據衛星面向地球或面對太陽,它能夠實時管理熱能。這種石墨烯技術是一種更理想的解決方案,因為它重量輕,功耗低,能夠對溫度變化做出快速反應,在紅外光譜中工作,并且不涉及任何運動部件。
  這使公司能夠充分利用空間和衛星技術方面的資金和支持,促進商業開發。ESA BIC UK是上大的空間技術初創企業孵化計劃的一部分。它幫助了100多家企業為競爭日益激烈的市場開發創新產品和服務。相關人員解釋說,一種具有成本效益的解決方案,使衛星能夠自動和實時地管理溫度,目前這方面有很大的需求。將石墨烯技術應用于航天工業是將當前熱管理系統的能力提升至一個新水平的絕佳機會,同時顯著降低衛星功耗和成本。我們目前的主要重點是測試和驗證我們的技術,以滿足航天工業的要求。作為ESA BIC UK的一部分,獲得資金、空間設施、商業支持和寶貴的合作機會,對我們來說非常重要。
  該技術同時可用于太空服,以調節外太空惡劣環境中的體溫。除了航空航天之外,該技術還應用于熱特征管理,以增強生存能力和力量保護,防止以熱輻射為目標固定的武器系統進行路徑指導。此外,步兵和車輛目前還使用熱識別貼片來識別戰場上的友軍?,F有的技術是靜態的,更容易被偽造。SmartIR技術能夠生成動態紅外模式和信號,可以通過微型外圍電子電路進行更新。