把石墨烯“纺”进线里“印”进画里
黑龙江科技大学四种石墨烯应用产品问世
□文/摄本报记者薛婧李爱民
一幅壁画，接上电源，瞬间升温到110余度，成为供暖设备，所耗电量仅是传统电暖器的三分之一；在机器嗡鸣中，一粒粒黑色母粒正被纺成一轴轴灰线，此线不但兼备普通线的性能还具有抑菌、抗菌和防静电等特效。这两款产品性能的神奇之处，是因为他们的主要材料里都加入了石墨烯。而将性能被誉为新材料之王的石墨烯成功“纺”进线里“印”进画里的，是黑龙江科技大学材料科学与工程学院院长王振廷和他的团队。经过8年攻关，目前，王振廷团队已研制出石墨烯导电油墨、石墨烯纺织纤维、石墨烯润滑油、石墨烯防腐涂料等四种石墨烯应用产品，并实现量产。
领先国内建立起全省首条石墨烯生产线
石墨烯制备是石墨烯应用的前提。日前，记者来到位于哈尔滨新区的黑龙江科技大学，在王振廷带领下走进我省唯一石墨烯应用研究重点实验室、省石墨烯粉体应用工程技术研究中心。一进门，便是石墨烯研发成果展室，几张石墨烯研发成果展板悬挂于墙上，其中一张展板格外引人注目：2012年，黑龙江科技大学整合校内资源，成立了石墨烯制备与应用研究中心。2015年，该团队建立了省内首条石墨烯生产线，成功实现科研成果产业化……首条石墨烯生产线的建立，让王振廷团队士气大振，坚定了石墨烯应用研发之路，并于2016年获得黑龙江省十大石墨烯团队殊荣。
“石墨就像一本厚重的书籍，有上百层，甚至上千层，剥的越薄，附加值越高。石墨烯剥离层数不同，其应用性能也不同。石墨烯研发就如同探险，艰难之中总会遇到一个个惊喜。”王振廷团队在总结国内外石墨烯制备方法的基础上，自主研发了插层剥离法，生产过程高效、绿色、环保、成本低，生产的石墨烯层数在1~10层之间，做到10纳米以下分层可控。该技术指标达到国内领先水平，是目前国内外最适宜大规模生产的新技术之一。“石墨经过剥离，制备出石墨烯，形成石墨烯应用产品的原材料。然而，石墨烯如何转化成产品，不是简单的添加，这需要有敏锐的市场嗅觉，更需了解所研发产品涉猎的行业知识，反复试验，不断优化。”在王振廷眼中，石墨烯可以应用到生活的方方面面，随着下游应用产品的研发，他正一步步用石墨烯改变着百姓生活。
全国首创将石墨烯成功“纺”进线里
在石墨烯研发成果展室内，细到粉末，大到悬挂于墙壁上的石墨烯加热壁画，多个石墨烯产品不断给人惊喜。“看，这两轴线可不是普通线轴，这里面加入了石墨烯，具有抑菌、杀菌、抗菌和防静电的作用。市场上常规涤纶丝卖1万多元/吨，而石墨烯纺织涤纶丝的价格达到18万~20万元/吨。”王振廷告诉记者，该团队采用天然石墨烯改性技术制备纺织材料在国内尚属首例。
回首研发路，王振廷口中念叨最多的便是“难，太难了！”2015年，首条石墨烯生产线投产后，王振廷琢磨着石墨烯的抑菌、抗菌、抗静电等性能，普通布料不具备抑菌性，这要是能把石墨烯加入布料中，肯定受欢迎。石墨烯与涤纶锦纶是不结合的，但王振廷团队经过无数次试验、分析，成功突破了天然石墨烯在涤纶纺织材料难以分散、难以纺丝的关键技术，将天然石墨烯均匀分散到涤纶纺织材料中。
实验室研发成功后，王振廷把加入石墨烯的纺织母粒邮寄到南方一纺织厂，让其帮着纺成线，起初厂家不同意，到后来回馈“效果不行，再邮点试试。”此时，王振廷犯起地嘀咕，“不行，为啥还一再要！他们是不是没说真话，既然要，这玩意儿肯定行。不等了，自己做！”王振廷团队坚持研发方向，并于2018年7月成功研发出石墨烯纺织涤纶丝技术，同年9月通过国内最高检测机构即国家棉印染产品质量监督检验中心检测，各项指标均优于国家标准，这标志着石墨烯在纺织应用领域技术实现重大突破。
石墨烯涤纶纺织纤维的抑菌抗菌和防静电特性，使其应用前景非常广阔，可以在妇女儿童内衣、医院床单、防菌服、军队和特种行业大显神威。目前，该团队与鸡西市昌隆石墨制品有限公司合作，生产石墨烯母粒及涤纶纺织纤维，携手进军纺织业。
不断求索让石墨烯应用到更广阔领域
在石墨烯研发成果展室内，一张黑乎乎的“大塑料板”静静地依靠在玻璃站台旁。王振廷指着它说：“石墨烯涤纶纤维不是最牛的，这才是我最骄傲的研发成果。插上电让她们看看！”随即王振廷学生接通电源，记者手指刚触碰到“大塑料板”，一股热流“烫”得记者抬起手指，此时测温器上显示113度。“这是石墨烯发热膜，它可以衍生出很多产品，像墙上挂的壁画，既可装点家居，又能替代传统加热器。”王振廷说，石墨烯电加热膜可以实现电加热转换90%以上，最高加热温度可以达到150℃，温度可根据客户需求随意调整，与目前使用的电暖器相比节能30%以上。同时，石墨烯加热膜还具有升温速度快、无异味、无噪音等特点，其放射出的红外线还具有保健功能。
“石墨烯加热膜是我们的核心技术，它的前段产品则是我们另一核心技术，石墨烯导电油墨。”王振廷说，采用自制的石墨烯导电油墨，再经过丝网印刷印在绝缘膜上，进而形成石墨烯发热膜，该团队不断健全石墨烯产业链条，应对不同市场需求研发新产品。以石墨烯加热膜为例，其在蔬菜水果大棚、育苗保温取暖、加热壁画、地板加热、地砖加热、桑拿房等具有广阔的应用市场。
此外，该团队与哈尔滨长河特种涂料厂合作生产出石墨烯重防腐涂料，其使用寿命是富锌环氧重防腐涂料的3倍。王振廷团队通过实验研究表明，在普通润滑油中加入石墨烯改性剂，各项性能指标比肩国外名牌润滑油。目前，王振廷团队拥有2项发明专利、2项目实用新型专利及正在申请的4项发明专利。这些专利有些已转化落地，有些正在转化路上。当下，王振廷团队还有四种实用石墨烯产品正在研发中，2年内将实现量产。
