储能应用:
石墨烯因其独特的二维纳米结构和优异的导电性能,可作为电化学储能组件的导电添加剂,有效包覆电极材料表面,改善电极材料导电性不佳的缺点,同时能够配合其他导电添加剂(碳纳米管、碳黑等),构建完整的导电网络,大幅提升锂电池、超级电容器等电化学组件的效能。
1、锂电池应用:
锂电池的正极材料由导电性不佳的陶瓷材料组成,将石墨烯粉体均匀分散于正极材料浆料中,包覆于正极材料表面,可大幅改善接触电阻,相较于传统碳黑导电添加剂,可大幅提升正极材料的冲放电速度与循环寿命。石墨烯粉体也可分散于负极材料中,对于硅材料负极,除导电性的提升之外,亦可抑制硅于充放电时的体积变化,并贡献电容量。因此石墨烯粉体在锂电池应用上充满潜力。
2、超级电容器应用:
电双层超级电容器的电极材料由高比表面积的活性碳组成,随着操作功率放大,能量密度由于组件本身的内阻而增加损耗。将石墨烯粉体分散于电极材料浆料中,可大幅改善整体导电性,降低组件阻抗,提高超级电容器操作功率与循环寿命。
防护应用:
石墨烯的二维纳米蜂窝状结构形成了绝大多数分子无法穿透的物理屏障,而相互交叠的石墨烯片也大大延长了穿透物质的路径,形成了“迷宫效应”,对基材起到了极佳的保护与隔绝作用。同时石墨烯优异的导电性可形成涂料的阴极保护效应,应用于防腐涂料或防水涂料都可大幅提升产品性能。
1、防腐涂料:
涂料的主体在于树脂,在绿色环保的大趋势下,水性树脂日趋重要。目前水性树脂最大的缺点在于防腐蚀性能和抗闪锈能力不如溶剂型树脂。烯创科技基于石墨烯的特性研发了石墨烯改性水性树脂,大幅提升了水性树脂在耐腐蚀、抗闪锈性与耐水性上的性能。经实测石墨烯水性环氧涂料盐雾可达1000小时以上,石墨烯水性醇酸涂料盐雾可达400小时以上,提供了不输于溶剂型涂料的防护能力。
2、防水涂料:
石墨烯的物理阻隔性和“迷宫效应”有效阻隔了水分、氧气和腐蚀介质的渗透,石墨烯的化学稳定性和机械增强能力有助于维持涂层的完整性和耐久性,抵抗物理损伤,因此石墨烯改性防水涂料能提供更高的抗渗能力,使涂层水蒸气透过率降低95%,显著提升了防水性能。
机械性能应用:
石墨烯的二维纳米结构赋予其独特的机械特性,添加于复合材料中可强化复合材料的刚性、韧性或强度;二维平面的滑移特性使其兼具耐磨性与润滑性,对于橡胶或机件润滑提供更优异的产品效果。而石墨烯亲油疏水的特性,在传统泡棉的应用上,开创了崭新的应用方向。
1、纤维复合材料应用:
石墨烯的机械强度高于碳纤维,用于复合材料上可提升整体复合材料的刚性、韧性与强度等,尤其针对碳纤维或玻璃纤维复合材料,石墨烯粉体均匀添加于树脂中再与纤维材料复合,可有效提升整体纤维复合材料的机械特性。在极低的石墨烯粉体添加量下,即可提升弯曲强度或冲击强度达20%以上,有效提高复合材料等级,达成轻量化目标。
2、橡胶应用:
橡胶材料的应用着重于耐磨性,将石墨烯粉体均匀分散、混练于橡胶中,可有效提升橡胶材料的耐磨性与韧性。在极低的石墨烯添加量下,即可提升橡胶材料的耐磨性与韧性达20%以上,有效提高产品性能,达成轻量化目标。
3、润滑油应用:
石墨烯的二维纳米结构使其具有良好的平面滑移特性,将石墨烯粉体均匀分散于润滑油酯产品中,在机件运转时贴附于机件表面,可有效降低摩擦系数,延长机件寿命与降低操作温度。在极低的石墨烯添加量下,即可达到整体机件的摩擦系数下降超过30%,提供更佳的润滑性能。
4、泡棉应用:
石墨烯粉体亲油疏水,因此导入泡棉发泡制程时,可完全改变传统泡棉特性,形成超吸油石墨烯泡棉,特别适合应用于工业废油水的分离,可有效吸附工业废油水中的油污,降低工业废水的化学需氧量,大幅降低工业废水的处理成本和环保性。
电/磁应用:
石墨烯的理论导电性超越金属材料,且物理法制备的石墨烯粉体成本远低于铜与银等金属价格,不论是作为导电油墨中金属材料的部分取代或是纯石墨烯导电油墨,都具有极高的性价比。另外石墨烯在电磁波屏蔽与电热涂料中也有优异的表现。
1、导电涂料:
石墨烯具有优异的导电特性,石墨烯改性的导电涂料,方阻值可低于20 ohm/sq,远优于一般传统碳黑油墨。同时通过高分子树脂与溶剂的选配,可开发出适用于喷涂、刮涂、丝网印刷等各式工艺的油墨,并具有可拉伸、弯折挠曲等特性,适用于柔性电子、传感器等各种应用。除此之外,石墨烯可部分取代金属油墨中的贵金属,在维持导电性的前提下进一步降低成本,提高导电油墨的应用范围。
2、电磁波屏蔽:
通过配方设计使石墨烯粉体形成连续涂层或独立基材,其导电性能将更优于导电油墨,适用于电磁波屏蔽应用。独立的石墨烯基材可达到30 dB以上的屏蔽效果,且由于石墨烯柔软的特性,石墨烯基材可任意弯折挠曲,贴附于各种不规则状组件。有别于金属材料的屏蔽机制,石墨烯作为电磁波屏蔽组件无须接地,大大提升了石墨烯在电磁波屏蔽的应用范围。
3、电热涂料:
石墨烯的高导电特性搭配适当的高分子树脂,可做为效率更高、能耗更低的电热涂料。对于加热器或地暖等应用,具有加热速度更快、输入电压更低的特点。在60度的发热条件下,仅需5V电压输入,功耗低于2瓦,节能效果明显。
热管理应用:
石墨烯的理论热传导率超越金属材料,因此将石墨烯粉体添加于各类金属或高分子复合材料中可有效提升材料的热传导性能。同时石墨烯还具有优异的热辐射特性,可应用于散热涂料、远红外线纺织品等多种产品的开发。
1、散热涂料:
石墨烯不仅具有优异的热传导性能,而且其理论热辐射系数亦高达0.97,远高于普通金属材料。因此石墨烯改性的散热涂料,可进一步提升涂料的导热散热能力,藉由热辐射效应使得金属散热组件整体散热能力提升10%-20%以上。同时通过石墨烯的添加提升涂料的附着力和耐腐蚀能力,满足金属散热器件的表面防护要求,替代传统污染严重的阳极氧化或电镀工艺。
2、远红外线纺织品:
石墨烯通过远红外线发射来传递热辐射,而且远红外发射率高达88%,同时石墨烯远红外线波段正处在人体可吸收的范围内,可与人体组织产生共振,增加血液流动,改善微循环,促进身体健康。因此当石墨烯与纺织品结合时,可以提高远红外线发射率,同时利用石墨烯其他的特性达到保温、抗菌、防紫外线、防静电等功能,使纺织品具有保暖、防护、保健、理疗等功效。