1.概述
石墨烯玻璃纤维复合材料具有良好的电加热性能，从室温加热到数百摄氏度只需要不到10秒，电热转化利用率高达87%，远高于常规电热材料，同时有普通电热材料所不具备的轻质性和柔性。该新型材料可用于极端环境下的电加热领域，如风电叶片除冰、机翼除冰、铁路道岔除冰等。
2.制备方法
石墨烯玻璃纤维的制备通常涉及将石墨烯与玻璃纤维或玻璃纤维制成的基体结合的过程。这个过程可以通过多种方法实现，常见的包括：
（1）涂覆法: 这是一种直接的方法，涉及将石墨烯以液体形式涂覆在玻璃纤维表面。这可以通过浸渍或喷涂来实现。石墨烯的悬浮液可以均匀涂覆在玻璃纤维上，然后通过烘干或固化来固定石墨烯。
（2）化学气相沉积（CVD）：这种方法通过在高温下将含碳气体分解，直接在玻璃纤维表面生长石墨烯。这种方法可以产生高质量的石墨烯薄层。
（3）浸渍法: 在这种方法中，玻璃纤维被浸入含有石墨烯的溶液中，使石墨烯均匀分布在纤维上。之后，通过加热或化学方法使石墨烯固定在纤维上。
（4）复合材料混合: 这种方法涉及将石墨烯粉末与玻璃纤维及其他树脂或基体材料混合，然后通过模压、注塑或其他成型技术制成复合材料。
这些方法的选择取决于所需的石墨烯覆盖度、复合材料的最终用途以及成本效益考虑。石墨烯的加入可以大大改善玻璃纤维的性能，但这也需要精确的制备工艺以确保石墨烯的均匀分布和有效结合。随着技术的发展，这些制备方法也在不断进步和优化。
3.材料特性
石墨烯玻璃纤维是一种先进的复合材料，结合了石墨烯的特性和玻璃纤维的优点。以下是这种材料的一些主要特性和应用：
（1）高强度和轻质: 石墨烯的加入使得玻璃纤维的强度和刚性得到显著提升，同时保持较轻的重量。
（2）导电性: 石墨烯是优秀的导电材料，其加入能够使玻璃纤维具有一定的导电性，这对于某些特殊应用非常重要。
（3）热稳定性: 石墨烯玻璃纤维在高温下仍能保持性能稳定，适用于需要耐高温的环境。
（4）耐腐蚀性： 这种材料对化学物质和环境因素的抵抗力较强，适合用于恶劣的外部环境。
（5）应用领域: 石墨烯玻璃纤维在航空航天、汽车制造、体育用品、建筑材料等多个领域都有潜在的应用。
由于石墨烯的特性和多样性，将石墨烯与玻璃纤维结合，可以创造出多种具有特定功能和优异性能的复合材料。随着研究和技术的发展，这种材料的应用范围和性能都有望进一步扩展和提升。
4.应用案例
由北京石墨烯研究院（BGI）研制的蒙烯玻纤材料的地铁座椅发热单元，在北京中车长客二七轨道装备有限公司装车成功。这不仅是全球首列以蒙烯玻纤材料作为电热座椅的地铁，也是该材料在地铁座椅加热场景中的首次大量应用。
图 蒙烯玻纤电热座椅
蒙烯玻纤电热座椅解决方案（座椅表面温度可达40℃）充分发挥了石墨烯升温迅速、发热均匀等本征特点，且蒙烯玻纤材料具有高孔隙三维编织结构，具备与现有地铁座椅使用材料更好的工艺相容性。
图 蒙烯玻纤电热座椅装车
经由测试，蒙烯玻纤材料在长时间耐久使用后，不会出现功率衰减等问题，其工艺兼容性、温度均一性都要优于现有的碳纤维线状发热方案。
5.技术热点
北京石墨烯研究院有限公司产品发布官发布了3款明星产品：石墨烯冷冻电镜支撑膜、超级蒙烯玻璃纤维织物、全球首台米级宽幅蒙烯玻璃纤维织物卷对卷制备系统。
冷冻电镜技术（cryo-EM） 得益于相关硬件和软件的持续发展，已成为结构生物学领域中主流的研究方法之一。然而，该技术目前仍然面临着一些关键的挑战，如气液界面、背景噪音太强、成像过程中辐照损伤、样品颗粒抖动和优势取向等，使得该技术解析分子量较小（小于1 00kDa）、结构柔性、性质敏感、易于变性的生物大分子结构仍然非常困难。石墨烯具有高机械强度、高导电/热、厚度可达原子级（≈0.3nm）等特性，是作为电镜样品支持膜的理想材料。
图 功能化修饰石墨烯载网用以生物冷冻电镜成像
超级蒙烯材料是北京大学/北京石墨烯研究院刘忠范院士团队发展的新概念材料，蒙烯玻璃纤维是超级蒙烯材料的典型代表，完美地融合了石墨烯与玻璃纤维的优异性能。作为新一代柔性导电导热材料，拥有电阻调控范围宽（从1Ω/口到数千Ω/口）、超快升温速率（190oCs-1@9.3Wcm-2）、超高红外辐射性能（>84%@0.75-3.5μm）、超高电热转换效率（>94%）、高电磁波透波率、以及轻质柔性等显著特点。利用蒙烯玻璃纤维织物优异的电加热性能与独特的电磁特性，首次突破了高透波电磁兼容电热应用技术，解决了重点型号飞行器的电加热防除冰与隐身匹配性问题，首次实现了石墨烯材料在国防尖端装备中的规模化应用和批量稳定供货。
图 超级蒙烯材料概念图
米级宽幅蒙烯玻璃纤维织物卷对卷制备系统是北京石墨烯研究院自主研发并制造的第三代卷对卷生长设备，其产能达20000平米/年，是市面同类型装备产能的5倍以上。上述3款产品的研制成功是BGI石墨烯材料及装备快速走向产业化的又一里程碑。
图 高速卷对卷模式生产石墨烯
小结：
正如前述蒙烯玻璃纤维的具体案例，我们可以通过巧妙的载体选择和材料设计，架起连接理想的单层石墨烯基元到实用宏观材料的桥梁，实现石墨烯的优异特性向宏观实用场景的有效传递。在超级蒙烯材料设计和制备过程中，衬底材料的选择和预处理、石墨烯的可控生长、石墨烯—衬底的界面调控、后加工成型以及批量制备工艺与装备等极为关键，也是超级蒙烯材料走向应用的基础。由于超级蒙烯材料的多样性和复杂的电子声子耦合，这一全新的复合材料领域有可能孕育新的物理发现，催生新的技术创新，甚至引发新的产业革命。
▓ 来源：复材网、北京石墨烯研究院、仪器信息
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