新型无机纤维材料制备及应用技术

Group Leader:于杰

Position

◆松山湖材料实验室新型纤维团队负责人

Research Direction

从事功能薄膜、纳米材料与能源材料研究工作,发明了垂直石墨烯的热CVD生长技术、垂直氮化硼纳米片生长技术、三维石墨烯纤维、石墨烯纳米纤维材料、氮化硼连续纳米纤维、丝网印刷模板法电镀制备多孔金属工艺、汇聚电场诱导电纺制备大面积定向纳米纤维技术、氮掺杂连续纳米碳纤维、碳化钨连续纳米纤维等;揭示了金刚石外延生长纳米片的机制以及电纺纤维自组装形成蜂窝状结构的物理机制。

Main Achievemnets

◆申请发明专利22 项(授权12项)
◆发表SCI 收录学术论文100余篇, SCI 他引3000余次
◆2008获北京市科学技术奖一等奖(排名第3)
◆2011年获国家自然科学二等奖(排名第3)

研发团队以材料技术为主体,兼具多学科背景。现拥有研发人员13名和行政人员1名,其中工程师1名,博士后1名,硕士生5名,本科生8名。

公司网址:www.sj-technol.com

项目介绍

本团队基于自有原创技术、面向国家和广东省经济发展需求,以产业化应用为目标,围绕静电纺丝和垂直石墨烯热CVD生长技术,开展电纺高分子纳米纤维与装备、纳米碳纤维规模化生产技术与应用以及垂直石墨烯规模化生产技术与应用研发工作,致力于新技术的推广和商业化,找到应用,推出产品,实现大规模生产,为社会提供高质量的产品和创新技术。

 

潜在市场

电纺连续纳米碳纤维直径比传统碳纤维小1-2个数量级,因而会产生多方面的新性质,如大比表面积、高分散、高比强度、高柔性、 高电导、高热导等,在导热/导电/高强复合材料、红外发热体、柔性导体、电磁屏蔽、吸声、 储能、催化、吸附净化等领域具有广泛应用前景。

三维石墨烯粉体由化学气相沉积方法制备,呈球形颗粒状。三维石墨烯粉体结晶好,导电性高。其用途包括锂离子电池导电剂、超级电容器导电剂、涂炭铜/铝箔、防腐涂料、硬质耐磨涂料、导电涂料、导热涂料、导电/导热/电磁屏蔽/高强复合材料填料等。

电纺高分子纳米纤维膜是一种新型纤维,在空气过滤、水净化、油过滤、化工过滤、催化剂载体、功能面料等方面具有重要用途,具体应用产品包括口罩滤膜、空调滤膜、饮水机滤芯、空气净化器滤芯、防护服过滤层、隔热保温服装、疏水透气服装、隔热保温材料等。

 

研究方向

(一)电纺高分子纳米纤维膜系列

1、电纺高分子纳米纤维膜

电纺高分子纳米纤维膜由高分子纳米纤维随机排布形成,纤维直径200-500nm,比常规高分子纤维直径减小20倍以上,比表面积增加20倍以上,截面积减小400倍以上,所形成的孔隙尺寸比熔喷布和其它无纺布减小20倍以上,因此,电纺高分子纳米纤维膜是一种新型纤维,在空气过滤、水净化、油过滤、化工过滤、催化剂载体、功能面料等方面具有重要用途,具体应用产品包括口罩滤膜、空调滤膜、饮水机滤芯、空气净化器滤芯、防护服过滤层、隔热保温服装、疏水透气服装、隔热保温材料等。

 

2、纳米纤维防护口罩

纳米纤维防护口罩是下一代新型口罩,其滤芯为电纺高分子纳米纤维膜,这种口罩克服了现有口罩技术的缺点,大大提升了防护性能,具有过滤效率高、使用寿命长、可长期保存、 使用和保存过程中过滤性能不衰减、轻薄等优点。

 

 

3、静电纺丝机

公司设备自主设计,具有独立知识产权。设备结构简单,功能强大,种类齐全,包括生产型、中试型、实验型,其中生产型设备单机日产满足KN95口罩标准的纳米纤维膜可达数千平方米。设备功能和产量可订制。

 

(二)三维石墨烯粉系列

1、三维石墨烯粉体

三维石墨烯粉体由化学气相沉积方法制备,呈球形颗粒状,颗粒直径200-400nm,石墨烯片沿颗粒径向生长,彼此结合固定,形成三维结构。石墨烯片内部为多层,边缘均为1-2层。在每个三维石墨烯颗粒中石墨烯片彼此良好分离,边缘充分暴露,反应活性高,使用过程中不会团聚。由于是高温直接生长,三维石墨烯粉体结晶好,导电性高。其用途包括锂离子电池导电剂、超级电容器导电剂、涂炭铜/铝箔、防腐涂料、硬质耐磨涂料、导电涂料、导热涂料、导电/导热/电磁屏蔽/高强复合材料填料等。

 

2、三维石墨烯粉涂碳集流体

三维石墨烯粉体由化学气相沉积方法制备,呈球形颗粒状,颗粒直径200-400nm,石墨烯片沿颗粒径向生长,彼此结合固定,形成三维结构。石墨烯片内部为多层,边缘均为1-2层。在每个三维石墨烯颗粒中石墨烯片彼此良好分离,边缘充分暴露,反应活性高,使用过程中不会团聚。由于是高温直接生长,三维石墨烯粉体结晶好,导电性高。其用途包括锂离子电池导电剂、超级电容器导电剂、涂炭铜/铝箔、防腐涂料、硬质耐磨涂料、导电涂料、导热涂料、导电/导热/电磁屏蔽/高强复合材料填料等。

 

 

 

3、三维石墨烯粉快充锂电负极材料

通过在天然石墨颗粒表面生长垂直石墨烯制成,这种三维石墨烯粉具有突出的储锂性能,比容量大大高于石墨理论容量,倍率性能尤其突出,是一种优异的高容量快充负极材料。在0.2C的电流密度下,100次循环后比容量高达516mAh/g,在5C电流密度下循环3000次容量仍保持105mAh/g。全电池在0.1C时能量密度高达434Wh/kg,在4C的倍率下充电10min即可获得300Wh/kg的能量密度,是一种具有良好应用前景的新型负极材料。

 

4、三维石墨烯纤维膜

三维石墨烯纤维是利用化学气相沉积方法在电纺纳米碳纤维表面生长垂直石墨烯片制备而成,在这种纤维中,石墨烯片沿纤维径向生长,排列间隙大都在100nm以下,高度达到数百纳米,边缘聚集在表面,具有理想的三维石墨烯结构。在多领域具有应用价值,如电化学电极、催化剂载体、电池/超级电容器集流体、导热/导电/高强复合材料、Li/Na/S载体、柔性导体、电磁屏蔽、吸声、储能、催化、吸附净化等。 

 

4、垂直石墨烯复合碳纤维(碳毡)

垂直石墨烯复合碳纤维(碳毡)利用化学气相沉积方法在碳毡上生长垂直石墨烯片制备而成,可广泛用于电化学电极、催化剂载体、Li/Na/S载体、电池/超级电容器集流体、导热/导电/高强复合材料、柔性导体、电磁屏蔽、吸声、储能、催化、吸附净化等。

 

5、垂直石墨烯复合碳纤维(碳布)

垂直石墨烯复合碳纤维(碳布)利用化学气相沉积方法在碳布上生长垂直石墨烯片制备而成,可广泛用于电化学电极、催化剂载体、电池/超级电容器集流体、导热/导电/高强复合材料、Li/Na/S载体、柔性导体、电磁屏蔽、吸声、储能、催化、吸附净化等。  

 

(三)电纺纳米碳纤维膜系列

1、电纺纳米碳纤维膜

电纺纳米碳纤维膜利用电纺聚丙烯腈纤维为前驱体,经预氧化、碳化、石墨化处理制备而成,直径100-200nm,比常规碳纤维直径减小20倍以上,比表面积增加20倍以上,截面积增加400倍以上,由此导致其一系列优越性能,具有广泛的应用价值,应用领域包括高强复合材料、导电复合材料、电磁屏蔽、电化学电极、催化剂载体、分离过滤、发热体、燃料电池气体扩散层等。

 

 

 

2、纳米碳纤维/树脂复合板材

由电纺纳米碳纤维膜与树脂热压复合而成,具有强度高、导电、电磁屏蔽等特性,是一种多功能复合材料。

 

(四)表面石墨烯结构碳材料系列

1、石墨烯纳米纤维

经特殊工艺制备,直径大范围可控,最低可达10nm,可规模化制备。表面为小尺寸直立石墨烯,高度数个纳米,表面活性高,比表面积大(1000m2/g)。用途:超级电容器、锂离子电池、吸附净化、催化剂和催化剂载体等。

2、表面石墨烯结构多孔碳

经特殊工艺制备,表面为小尺寸直立石墨烯,表面活性高,比表面积可达2000m2/g。用途:超级电容器、锂离子电池、吸附净化、催化剂和催化剂载体等。

(五)电纺无机纳米纤维系列

1、碳化钨纳米纤维

制备方法:静电纺丝。用途:催化剂、催化剂载体、导电剂、导电复合材料。

 

2、氧化钨纳米纤维

制备方法:静电纺丝。用途:催化剂、催化剂载体、传感器、超级电容器

 

(六)氮化硼系列

1、氮化硼纳米纤维

直径100-200nm,纯白色。氮化硼纳米纤维具有突出的高温抗氧化性和化学稳定性,在高温抗氧化陶瓷复合材料、高温及恶劣环境下应用的催化剂载体及聚合物复合材料等领域具有很大的应用潜力。

2、氮化硼纳米片微球

微球由氮化硼纳米片组成,纳米片边缘厚度数个原子层。用途:吸附、复合材料填料、涂料等。

(七)多孔金属膜系列

1、超薄多孔镍膜(PM01)

孔径30-100μm可调,厚度最小2μm可调,可达半透明。用途:镍氢电池集流体、超级电容器集流体、锂离子电池集流体、锂硫电池集流体、高柔性导电基底等。

2、多孔铜膜

孔径30-100μm可调,厚度最小9μm可调,可达半透明。用途:镍氢电池集流体、超级电容器集流体、锂离子电池集流体、锂硫电池集流体、高柔性导电导热基底等。

 

产业化情况

团队成立了松湖神健科技(东莞)有限公司,负责相关领域的成果产业化转化,公司秉承创新、服务、诚信的理念,致力于新材料技术的研发,为社会提供高质量的产品和创新技术。

欢迎各界人士交流合作,欢迎社会资本参与本项目产业化工作!

公司官网:sj-technol.com