用于汽车工业的石墨烯增强型玻璃膜

石墨烯和玻璃的互补性意味着它们可以很好地结合在一起。这种融合的发展对汽车工业的发展仍然特别有利。

石墨烯是一种神奇的材料，因其新颖的物理特性而经常被推广。这种由二维六边形晶格排列的单层碳原子组成的材料，具有机械强度、导电性和导热性以及柔韧性，因此成为电子技术发展的重要组成部分。但这种非凡的材料还有另一个往往不那么被人吹捧的特性，当它与这些方面结合在一起时，使它对玻璃和窗膜的发展很有帮助--它是光学透明的。

石墨烯的强度和光学透明度意味着创造和改进石墨烯/玻璃熔融的强烈商业动机。这一点在汽车工业中尤为重要。

STEK汽车

STEK汽车公司只是该领域众多开发商中的一个，他们追求的正是这样的发展。作为其中的一部分，这家总部位于美国的公司刚刚宣布推出一款优质的纳米陶瓷玻璃膜NEX。这种纳米陶瓷窗膜在含有石墨烯的同时，还含有钨和锑锡氧化物，为驾驶员提供晶莹剔透的效果，同时还能减少紫外线和眩光。后两种物质是有效的红外线吸收剂，这意味着该膜可以防止热量进入汽车内部。

由于NEX具有这些优点，它还允许电磁信号毫无阻碍地通过它，因此不会影响车内的电子和通信设备。

虽然对于石墨烯基玻璃薄膜来说是重要的一步，但NEX并不是研究人员第一次尝试将这些互补特性结合起来。

自从2004年首次从石墨中分离出石墨烯以来，它就引起了巨大的研究兴趣。这包括各种尝试将其与玻璃结合，创造出石墨烯与玻璃的结合，在不牺牲传统玻璃的透明度的前提下，赋予其明显的电/热传导性和表面疏水性。

将玻璃和石墨烯整合在一起成为重点领域的部分原因是，人们发现石墨烯可以作为一种透明而坚韧的周边材料。这是因为它只有一原子的厚度，每层石墨烯只能吸收落在它身上的2%的光。这是因为石墨烯的电磁场被强烈地限制在其单层³，但电子却可以在其表面自由移动。

自由电子只能吸收少量的能量。而由于特定波长的光子是在固定数量--或量子--的能量包内，自由电子只能吸收有限的光子。

这意味着石墨烯的光学透明性和导电性意味着当它与玻璃耦合时，它不仅仅对窗户和挡风玻璃有用。石墨烯还可以用于制造高柔性的导电线、多功能纤维和高精度传感器³。

石墨烯的强度源于碳原子以规则的排列方式排列在由共价键连接的晶格中。但是，石墨烯赋予玻璃的另一个好处是它的耐久性，这不仅仅是拉伸强度。

石墨烯和玻璃

我们都很熟悉玻璃所带来的破碎风险。毫无疑问，在玻璃中加入石墨烯可以提高玻璃的抗拉强度，使其更加耐用。

但不太为人所知的是，玻璃也很容易被腐蚀。随着时间的推移，在高湿度和pH值的情况下，许多类型的玻璃会开始腐蚀。腐蚀的玻璃会失去透明度，强度也会降低。

2016年，基础科学研究所（IBS）内的多维碳材料中心（CMCM）的研究人员，率先推出了一种石墨烯涂层，可以保护玻璃免受腐蚀⁴。

创建石墨烯集成玻璃通常涉及在玻璃上铸造石墨烯纳米小板或在金属上生长的石墨烯薄膜的转移涂层，但另一种创造性的方法是直接在玻璃上生长石墨烯²。IBS团队使用的这种方法，消除了在集成过程中可能造成的污染和潜在的损害，从而获得更高质量的玻璃/石墨烯混搭。

由于玻璃表面对水的吸附，腐蚀会开始。水中的氢离子会扩散到玻璃中，并与玻璃表面的钠离子进行交换。玻璃表面附近的水的pH值增加，使硅酸盐结构溶解。因此，石墨烯的疏水性可以帮助缓解这种情况。因此，并由于其化学惰性，石墨烯作为薄涂层材料使用时，是一种优良的化学屏障。这些品质意味着石墨烯还可以用于保护车辆的其他区域，如油漆、车身和轮毂饰件。