為貫徹落實《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》,，工業(yè)和信息化部,、財政部和保監(jiān)會擬建立重點新材料首批次應(yīng)用保險補償機(jī)制并開展試點工作。為此，原材料工業(yè)司組織編制了《重點新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2017年版）》（下文簡稱“目錄”）,，并于2017年6月16日公示,。

本次公布的目錄主要涉及先進(jìn)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵戰(zhàn)略材料,、前沿新材料等三大類,。其中，先進(jìn)基礎(chǔ)材料包括先進(jìn)鋼鐵材料,、先進(jìn)有色金屬材料,、先進(jìn)化工材料、先進(jìn)無機(jī)非金屬材料及其他材料,；關(guān)鍵戰(zhàn)略材料包括高性能纖維及復(fù)合材料,、稀土功能材料、先進(jìn)半導(dǎo)體材料和新型顯示材料,。

為增進(jìn)讀者對相關(guān)重點新材料的了解,，礦冶園對目錄所公示的各類新材料進(jìn)行了簡要解讀，并以系列圖文的形式進(jìn)行推送,。本文主要介紹重點新材料中的前沿新材料,。

石墨烯薄膜

1、性能要求：

可見光區(qū)平均透過率優(yōu)于85%,，面電阻值＜10歐姆,，面電阻穩(wěn)定且分布均勻；具有彎曲性能,，在ITO膜失效的情況下,，可以承受超過10000次的循環(huán)彎曲實驗。

2,、應(yīng)用領(lǐng)域：

微電子,、新能源

3,、特點分析：

石墨烯由于結(jié)構(gòu)獨特,、性能優(yōu)異、理論研究價值高,、應(yīng)用遠(yuǎn)景廣闊而備受關(guān)注,。氧化石墨烯（GO）是含有豐富含氧官能團(tuán)的石墨烯衍生物，可通過化學(xué)氧化剝離廉價的石墨而得,，隨后通過還原處理可制成石墨烯,。氧化石墨烯（GO）具有良好的水溶性，易于成膜,。于是可利用氧化石墨烯（GO）溶液成膜,，再對氧化石墨烯薄膜進(jìn)行還原處理而制成的石墨烯透明導(dǎo)電膜，它是石墨烯重要應(yīng)用之一,，石墨烯透明導(dǎo)電膜以其資源豐富,、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和柔韌性有可能取代資源缺乏,、脆性的銦錫氧化物（ITO）成為新一代的透明導(dǎo)電膜，在柔性顯示領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,。

4,、制備方法：

因為GO具有良好的水溶性，易于成膜,，故利用GO經(jīng)還原制備石墨烯已成為低本錢,、宏量制備石墨烯的一個重要途徑，對促進(jìn)石墨烯的宏量應(yīng)用具有重大意義,。先利用GO溶液成膜,，再對GO薄膜進(jìn)行還原處理，可以制備出低本錢大面積的柔性石墨烯透明導(dǎo)電膜,。其關(guān)鍵是采用什么還原方法有效地往除GO表面的含氧官能團(tuán),，獲得具有高導(dǎo)電性的石墨烯及其薄膜材料。現(xiàn)今使用強酸性還原劑實現(xiàn)了GO的高效還原,，突破了以前GO還原只有在堿性環(huán)境中才能有效進(jìn)行的觀點,。該法不僅可以實現(xiàn)對GO粉體的大量高效還原，而且非常適合于對GO薄膜進(jìn)行直接還原,。還原后所得石墨烯薄膜的體積電導(dǎo)率可以達(dá)到3×104S/m,，明顯優(yōu)于已有化學(xué)還原方法的效果。更重要的是,，還原處理在往除薄膜層間含氧官能團(tuán)的同時,，反應(yīng)產(chǎn)物以液相的形式從薄膜內(nèi)部析出，產(chǎn)生的毛細(xì)作用力使薄膜厚度明顯減小,、結(jié)構(gòu)更加致密,，增加了石墨烯片層之間的結(jié)協(xié)力，因此還原后得到的石墨烯薄膜在導(dǎo)電性,、力學(xué)強度和柔韌性等方面都有了明顯的進(jìn)步,，解決了現(xiàn)有還原方法破壞薄膜結(jié)構(gòu)的瓶頸問題。

石墨烯改性防腐涂料

1,、性能要求：

附著力1級,，耐鹽霧≥2500 小時，耐鹽水≥2000小時,，耐水≥2000小時,。

2、應(yīng)用領(lǐng)域：

電力裝備,、海工,、石化：

3、特點分析：

石墨烯的小尺寸效應(yīng)、二維片層結(jié)構(gòu),、疏水性和導(dǎo)電性,，使其可作為添加劑用于防腐涂料中改善涂料防腐性能。小尺寸的石墨烯可以填充到涂料的孔洞中,，同時石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)在涂料中層層疊加,，形成致密的物理隔絕層。而石墨烯的表面效應(yīng)使其對水的浸潤性差,，當(dāng)涂料中加入石墨烯后,，石墨烯的疏水性會阻止水分子通過涂層接觸金屬基體，從而降低腐蝕,。此外,，通過石墨烯的導(dǎo)電性能迅速將陽極反應(yīng)中Fe失去的電子傳遞到涂層表面，從而防止鐵離子沉淀,，減緩電化學(xué)腐蝕速率,。

4、防腐機(jī)理：

1）將石墨烯用于防腐涂料中,，二維片層的石墨烯在涂料中層層疊加,，相比其他類型的鱗片填料，縱向厚度方面石墨烯堆疊的層數(shù)更多,，形成的防擴(kuò)散滲透路徑更為復(fù)雜,，石墨烯起到的物理隔絕作用也更為突出，從而形成具有高抗腐能力的涂料,，極大地提高金屬的耐腐蝕能力,；

2）除石墨烯自身的物理隔絕層以外，石墨烯通過改變樹脂的結(jié)構(gòu)組裝,，提高分子排列的有序程度,，減少了涂料中的結(jié)構(gòu)缺陷，形成致密的保護(hù)膜,，進(jìn)一步提升了涂料的防滲透性能,；

3）在涂料中均勻分散的石墨烯層層疊加形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并與鋅粉搭橋形成導(dǎo)電通路,，結(jié)合鋅對金屬基材的陰極保護(hù)作用,，賦予涂料良好的電化學(xué)保護(hù)性能,。

石墨烯導(dǎo)電發(fā)熱纖維及石墨烯發(fā)熱織物

1,、性能要求：

1）纖維性能：電阻率＜1000Ω?cm；斷裂強度＞3cN/tex,；干摩擦色牢度＞3,；熔點＞250℃；

2）織物性能：電熱輻射轉(zhuǎn)換效率＞68%，表面溫度不均勻度＜±5℃,。

2,、應(yīng)用領(lǐng)域：

電子信息、汽車

3,、特點分析：

目前在我國,，有關(guān)企業(yè)以天然纖維為基體，與生物質(zhì)石墨烯經(jīng)特殊工藝有機(jī)融合,，得到石墨烯內(nèi)暖纖維,。這是一種全新的智能多功能復(fù)合纖維，該纖維除具有一般纖維的常規(guī)特性外,，還具有以下主要功能：激活免疫細(xì)胞,、增強機(jī)體功能、防護(hù)紫外線,、低溫遠(yuǎn)紅外,、改善微循環(huán)、抗菌抑菌,、抗靜電,、和增溫保溫等特性，能使細(xì)菌不再繁殖并最終消滅,，同時其遠(yuǎn)紅外功能對于加速微循環(huán),，保障皮膚健康作用明顯，它的問世,，有望解決腳部糜爛和股骨溝糜爛等難題,。

4、主要用途：

現(xiàn)生產(chǎn)的石墨烯內(nèi)暖纖維長絲,、短纖規(guī)格齊全,，短纖可與莫代爾、黏膠,、棉,、普通腈綸等其他各種纖維搭配混紡，長絲可與各種纖維交織,，制備不同功能需求的紗線面料,，在紡織領(lǐng)域，可以制成內(nèi)衣,、內(nèi)褲,、外衣、襪類,、嬰幼服飾,、家居面料,、戶外外套等。當(dāng)然,，石墨烯內(nèi)暖纖維的用途并不僅限于服裝領(lǐng)域,，還可以應(yīng)用于生產(chǎn)車輛內(nèi)飾、美容醫(yī)療衛(wèi)材,、摩擦材料,、過濾材料等。

5,、發(fā)展趨勢：

1）“智能化”服飾是近幾年紡織服裝界的發(fā)展潮流,。依靠生物質(zhì)石墨烯內(nèi)暖纖維導(dǎo)熱導(dǎo)電的特點，國內(nèi)已有公司推出智能文胸,，通過內(nèi)置感應(yīng)器測量女性胸部溫度細(xì)微變化來確定是否有可疑腫塊,，未來可有效預(yù)防腫瘤及乳腺癌，成為廣大女性患者的福音,。

2）石墨烯也可應(yīng)用到軍服上,，這種智能多功能服飾可以使士兵在冬季告別臃腫的防寒服裝；應(yīng)用于普通保暖服飾,，更可以讓愛美人士在冬天享受“既有風(fēng)度,，又有溫度”的體驗；未來也可在減肥服裝等多方面進(jìn)行探索,。

6,、限制因素：

目前我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨諸多瓶頸，一是專利技術(shù)大部分還停留在科研階段,，二是研究機(jī)構(gòu)與應(yīng)用企業(yè)嚴(yán)重脫節(jié),，三是研究機(jī)構(gòu)缺乏足夠的資金支持。綜上原因?qū)е率┲苽涑杀具^高,，很難實現(xiàn)工業(yè)化商業(yè)生產(chǎn),，市場價格居高不下，這在一定程度上限制了石墨烯的大規(guī)模廣泛使用,。 當(dāng)前要使制備石墨烯時用價格低廉,、數(shù)量龐大、來源廣泛的農(nóng)作物秸稈作為原料這一制備技術(shù)更成熟,，才可實現(xiàn)石墨烯工業(yè)化充分量產(chǎn),，并同時擁有產(chǎn)量和價格雙重利器。

石墨烯導(dǎo)靜電輪胎

1,、性能要求：

導(dǎo)電率達(dá)10~5S/m,；導(dǎo)電率達(dá)10~5S/m；普通轎車輪胎胎面復(fù)合石墨烯后,，抗撕裂強度提升50%,，模量提升50％以上；濕地剎車距離縮短1.82m,；滾阻降低6%,；使用里程增加1.5倍以上。

2,、應(yīng)用領(lǐng)域：

汽車

3,、特點分析：

石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大,、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料,，被稱為“黑金”，是“新材料之王”,，其具有突出的力學(xué)性能和散熱性能,，抗拉強度達(dá)125GPa，常溫下的導(dǎo)熱率為5300W/m?K,，是銅的13倍,，故石墨烯導(dǎo)靜電輪胎的散熱功能和機(jī)械強度也具有突出表現(xiàn)，拉伸強度,、抗撕裂強度,、模量、DIN磨耗,、滾阻及濕滑等性能均比普通輪胎顯著提高,，行駛里程顯著增加。

4,、主要優(yōu)點：

石墨烯導(dǎo)靜電輪胎的核心功能是無需額外增加車載設(shè)備導(dǎo)出車體靜電,，無安全隱患，能有效避免汽車靜電對司乘人員造成的傷害,，避免汽車火災(zāi)和爆燃,，它的優(yōu)點如下：

1）該石墨烯輪胎的導(dǎo)電性比普通輪胎提升4個數(shù)量級以上，導(dǎo)電率達(dá)到10~5秒/米,，通過輪胎與金屬輪轂嵌和,，由具有導(dǎo)靜電功能的輪胎胎面接地，實現(xiàn)了全時段,、連續(xù),、可靠導(dǎo)出車體靜電；

2）石墨烯在胎面上的高補強性能實現(xiàn)橡膠模量,、拉伸強度提升50%,，大大提高了輪胎的抗撕裂性能，使輪胎性能在公路,、越野全方位得到發(fā)揮,；

3）濕地制動距離縮短1.8米,，抗?jié)窕蕴嵘?%，輪胎安全性進(jìn)一步提升,；較傳統(tǒng)橡膠材料導(dǎo)熱性能提高一倍左右,，輪胎硫化時間進(jìn)一步縮短，減少了輪胎爆胎幾率,；

4）輪胎行駛里程提高1.5～1.8倍,，打破了輪胎配方領(lǐng)域的“魔鬼三角”定律，實現(xiàn)了高磨耗,、高抗?jié)窕?、低滾阻性能均衡；輪胎重量降低10%,，有利于輪胎輕量化,，有效降低滾阻。

5,、制造技術(shù)：

由于石墨烯難以均勻分散,，造成加入石墨烯的橡膠材料加工困難，現(xiàn)已掌握的最新采用的制造技術(shù)為可變密煉間隙混煉工藝（VCMT）,，主要是利用轉(zhuǎn)子的長棱和短棱在軸向和徑向的轉(zhuǎn)動中,，利用分布在長棱和短棱上的剪切階梯，輔助剪切隔離階梯和分散階梯不間斷地周而復(fù)始的循環(huán)變化,，最大限度的達(dá)到剪切,、分散、對倒和最佳溫度,，保證較難混煉的石墨烯在膠料中均勻分散,。

石墨烯增強銀基電接觸功能復(fù)合材料

1、性能要求：

鎘含量＜100ppm,；電阻率≤1.8μΩ?cm,；斷后延伸率：退火態(tài)≥20％；抗拉強度≥180MPa,；硬度≥70HV,；靜態(tài)接觸電阻≤25mΩ；電壽命＞40萬次,；材料損失率≤0.005g,。

2、應(yīng)用領(lǐng)域：

電力電器

3,、對比狀況：

以下是3種銀基復(fù)合材料的力學(xué)性能：

由表可見,，附銀石墨烯銀基復(fù)合材料的整體性能明顯優(yōu)于其它兩種材料。與傳統(tǒng)的石墨銀基復(fù)合材料相比,，石墨烯銀基復(fù)合材料導(dǎo)電性和抗彎強度降低（電導(dǎo)率降低并不明顯,，基本維持平衡）,，硬度和耐磨性獲得很大的提高；相比石墨烯,，附銀石墨烯對銀基復(fù)合材料的硬度及耐磨性有著更有效的增強效果,，同時導(dǎo)電性和抗彎強度也獲得了一定程度的提高。銀基復(fù)合材料中,，等量石墨烯取代石墨時能夠提高復(fù)合材料的整體性能,，石墨烯經(jīng)表面銀納米顆粒修飾后制備的銀基復(fù)合材料,，要比直接加入石墨烯制備的銀基復(fù)合材料具有更好的綜合性能,。

4、發(fā)展趨勢：

石墨烯具有比其它碳質(zhì)材料更快速的載流子遷移率,，更高的機(jī)械強度,，更優(yōu)導(dǎo)電導(dǎo)熱性，同時還保留著同石墨晶體相似的潤滑性,，以石墨烯代替石墨,，結(jié)合石墨烯與銀優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，采用粉末冶金的方法制備出石墨烯銀基復(fù)合材料是最新發(fā)展趨勢,。

5,、原理分析：

石墨銀基復(fù)合材料的抗彎強度高于石墨烯銀基復(fù)合材料，原因在于相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下,，石墨烯具有著比石墨更大的表面積,，即使在石墨烯表面附銀納米顆粒也無法消除石墨烯與銀界面的存在，當(dāng)受到外力作用時,，平行分布于作用力方向的石墨烯銀界面處易產(chǎn)生裂紋,，這是導(dǎo)致石墨銀基復(fù)合材料抗彎強度高于石墨烯銀基復(fù)合材料的原因。

制備附銀石墨烯銀基復(fù)合材料時,，銀納米顆粒的存在使石墨烯之間界面結(jié)合能降低,，同時增加了石墨烯與銀粉的混合均勻性及結(jié)合強度。一方面有利于構(gòu)成金屬的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),，提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性,；另一方面使該復(fù)合材料具有更高的硬度和強度，提高了銀復(fù)合材料的整體性能,，石墨銀基復(fù)合材料的硬度比石墨烯銀基復(fù)合材料低得多,，其主要原因在于含有相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨或石墨烯銀基復(fù)合材料中，石墨增強體的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石墨烯,，而且石墨在銀基體中分散效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如石墨烯,，不能起到很好的彌散強化作用，從而導(dǎo)致石墨銀基復(fù)合材料呈現(xiàn)出宏觀硬度較低的現(xiàn)象,。石墨烯經(jīng)表面銀納米修飾后,，提高了石墨烯同銀基體的結(jié)合強度,，使其硬度得到一定程度的提高。

液態(tài)金屬

1,、性能要求：

熔點≤300℃,，表面張力室溫下0.4～1N/m，粘度室溫下0.1～0.8 cSt,，比熱容0.01～5kJ/kg/℃,，熱導(dǎo)率8～100W/(m?℃)，導(dǎo)熱系數(shù)室溫下為>10W/m?K,，電導(dǎo)率室溫下為 1～9×106S/m ,。

2、應(yīng)用領(lǐng)域：

電子工業(yè)

3,、特點分析：

液態(tài)金屬是指一種不定型金屬,，液態(tài)金屬可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物。液態(tài)金屬也是一種不定型,、可流動液體的金屬,。其充型過程的水力學(xué)特性及流動情況充型過程對鑄件質(zhì)量的影響很大可能造成的各種缺陷，如冷隔,、澆不足,、夾雜、氣孔,、夾砂,、粘砂等缺陷，都是在液態(tài)金屬充型不利的情況下產(chǎn)生的,，正確地設(shè)計澆注系統(tǒng)使液態(tài)金屬平穩(wěn)而又合理地充滿型腔,，對保證鑄件質(zhì)量起著很重要的作用。單質(zhì)中只有汞是液態(tài)金屬,，鎵,、銣、銫只能等是熔點低金屬,。

4,、在砂型中流動時的水力學(xué)特性：

1）粘性流體流動：液態(tài)金屬是有粘性的流體。液態(tài)金屬的粘性與其成分有關(guān),，在流動過程中又隨液態(tài)金屬溫度的降低而不斷增大,，當(dāng)液態(tài)金屬中出現(xiàn)晶體時，液體的粘度急劇增加,，其流速和流態(tài)也會發(fā)生急劇變化,。

2）不穩(wěn)定流動：在充型過程中液態(tài)金屬溫度不斷降低而鑄型溫度不斷增高，兩者之間的熱交換呈不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著液流溫度下降,，粘度增加,，流動阻力也隨之增加；加之充型過程中液流的壓頭增加或和減少,，液態(tài)金屬的流速和流態(tài)也不斷變化,，導(dǎo)致液態(tài)金屬在充填鑄型過程中的不穩(wěn)定流動。

3）多孔管中流動：由于砂型具有一定的孔隙,，可以把砂型中的澆注系統(tǒng)和型腔看作是多孔的管道和容器,。液態(tài)金屬在“多孔管”中流動時，往往不能很好地貼附于管壁,，此時可能將外界氣體卷入液流,，形成氣孔或引起金屬液的氧化而形成氧化夾渣。

4）紊流流動：生產(chǎn)實踐中的測試和計算證明,，液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)中流動時,，其雷諾數(shù)Re大于臨界雷諾數(shù)Re臨,，屬于紊流流動,。影響金屬液流動的平穩(wěn)性的主要因素是金屬液的流動速度和澆注系統(tǒng)的形狀及截面尺寸。