各位專家領(lǐng)導(dǎo)，大家中午好！

我們開(kāi)發(fā)一款蒙烯玻纖材料，嘗試從材料端提供一個(gè)新的解決方案的思路。報(bào)告分為4個(gè)部分：葉片結(jié)冰機(jī)理、主要防/除冰方案比較、石墨烯方案介紹、公司及團(tuán)隊(duì)介紹。

葉片結(jié)冰帶來(lái)的危害，這個(gè)大家比較熟悉了，我不過(guò)多介紹了。結(jié)冰機(jī)理，風(fēng)電機(jī)組葉片覆冰產(chǎn)生的基本氣象條件 ：環(huán)境溫度低于0℃、葉片表面低于5℃、空氣濕度在85%以上。

覆冰類型及分類：雨凇、霧凇和混合凇三種類型。葉片表面存在較多的污漬、前緣腐蝕、 葉片粗糙度過(guò)大等問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致葉片出現(xiàn)覆冰的問(wèn)題。

（圖示）這是雨凇形成過(guò)程，非常快。

（圖示）凍雨形成的機(jī)理，冷暖氣管交鋒，在空氣中交匯，高層的冰晶在中層的暖濕發(fā)生了融化，然后再到低層的冷層再次發(fā)生凍結(jié)所形成的凍雨。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看山區(qū)主要是暖雨機(jī)制，平原是融化機(jī)制。

（圖示）圖中地方是我們收集到葉片結(jié)冰比較集中的區(qū)域，和剛才我們看到的凍雨形成的地方接近。江西、湖南、貴州三地的風(fēng)場(chǎng)，以及在陜西和山西部分受微地形影響的一些風(fēng)場(chǎng)。我們總結(jié)葉片結(jié)冰會(huì)受到諸多因素影響，除冰已經(jīng)發(fā)展十幾年，如果算上飛行器除冰已經(jīng)有幾十年發(fā)展歷史。

葉片除冰主要分為主動(dòng)和被動(dòng)，我們現(xiàn)在水平軸風(fēng)機(jī)葉片采用的葉片和飛行器機(jī)翼原理相通的。葉片除冰主動(dòng)有人工除冰、機(jī)械除冰、加熱除冰；被動(dòng)有疏水涂料、葉片微觀結(jié)構(gòu)、黑色吸熱涂層。電加熱材料：碳纖維、加熱膜、蒙烯纖維、談納米管模、碳?xì)帧?/p>

電熱材料面臨的問(wèn)題：防雷的問(wèn)題，電加熱材料一定會(huì)改變?nèi)~片電荷分布，如何解決防雷的問(wèn)題。細(xì)分來(lái)說(shuō)就是：不破壞葉片現(xiàn)有防雷體系；對(duì)于直擊雷和感應(yīng)雷分別有保護(hù)措施；降低引雷概率；雷擊后易于修復(fù)；二是減少對(duì)葉片氣動(dòng)外形的影響：材料輕薄，減少對(duì)氣動(dòng)外形影響；材料柔性可彎折；三是加熱材料與葉片復(fù)材成型工藝的兼容問(wèn)題：不改變?nèi)~片力學(xué)性能；孔隙率高，樹(shù)脂滲透及浸潤(rùn)性好；克重輕，樹(shù)脂用量少。

介紹我們石墨烯方案，給大家除冰提供一個(gè)思路。石墨烯是2004年被證明是真實(shí)存在的，作為新興戰(zhàn)略材料，截至2020年底，我國(guó)共出臺(tái)445條相關(guān)政策支持石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。包括《中國(guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》、《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2018年版）》等，其中國(guó)家層面42條，各地方政府403條，主要涉及江蘇、山東、浙江、福建、黑龍江、廣東等30個(gè)省市。

它是最好的導(dǎo)熱材料，柔性、透明、穩(wěn)定，最好的導(dǎo)電材料，強(qiáng)度、最堅(jiān)硬的材料，200倍于鋼 (130GPa)，楊氏模量 1TPa，比金剛石還硬，最薄、最輕的材料。它是原子級(jí)別的材料，我們需要找到一個(gè)載體與它結(jié)合，才能應(yīng)用到工程應(yīng)用上。我們首創(chuàng)光滑玻璃上進(jìn)行石墨烯的生長(zhǎng)和承接；二是在單根玻璃纖維絲束上進(jìn)行石墨烯的生長(zhǎng)；三是在編織好的玻璃纖維織物上進(jìn)行石墨烯的生長(zhǎng)和沉積。

石墨烯玻纖材料特性：輕質(zhì)柔性，單片石墨烯玻纖織物厚度小于0.2mm，柔性可彎折，曲率半徑5mm，彎折次數(shù)可達(dá)100次無(wú)衰減，可用于異形構(gòu)件。電磁屏蔽，暫時(shí)用不到，就不展開(kāi)。導(dǎo)電性，賦予了玻璃纖維導(dǎo)電性能，可實(shí)現(xiàn)方阻50-5000自由調(diào)控。導(dǎo)熱性，改善玻璃纖維導(dǎo)熱性，通電后可以遠(yuǎn)紅外輻射方式發(fā)熱，石墨烯可大幅度提升電熱紅外輻射性能。極限溫度高，升溫速率快。有些朋友擔(dān)心每秒100度太快了，不用擔(dān)心，這是設(shè)計(jì)時(shí)可控的，可以讓它不用升溫那么快，這是特殊應(yīng)用場(chǎng)合才會(huì)用到。

（圖示）部分石墨烯玻璃纖維材料性能數(shù)據(jù)，復(fù)材實(shí)測(cè)為93.6%，銅的話在60%左右。

（圖示）這是石墨烯CVD生長(zhǎng)工藝，右邊藍(lán)色是玻璃界面，在上面重合、生長(zhǎng)，最后長(zhǎng)成一整張聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)狀的石墨烯棉。現(xiàn)在市面上石墨烯很多，我們和傳統(tǒng)導(dǎo)電輔材有什么不一樣呢，傳統(tǒng)的導(dǎo)電輔材通過(guò)導(dǎo)電劑添加或者堆料，隨機(jī)形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。從A到D導(dǎo)電物質(zhì)持續(xù)增加，添加到C時(shí)會(huì)隨機(jī)形成一條導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，我用紅線箭頭標(biāo)注出來(lái)了。其實(shí)這個(gè)箭頭是隨機(jī)的，而且極不穩(wěn)定。這是一個(gè)碳管，如果位置發(fā)生偏移的話，這個(gè)導(dǎo)電回路就失效了。石墨烯玻纖有什么呢？我們是先有了玻纖織物形成的網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)上生長(zhǎng)石墨烯形成電路，我們的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)是穩(wěn)定的，可以去定制的，這是它非常大的特點(diǎn)。

還有朋友擔(dān)心孔吸率會(huì)不會(huì)堵住，不用擔(dān)心，我們通過(guò)掃描電鏡放大到1萬(wàn)倍，石墨烯包裹率非常好，孔吸率也得到極大保障。我們?cè)诤暧^層面上空間來(lái)講的話，對(duì)它是極其宏大，不會(huì)影響到它的孔吸率及生長(zhǎng)。其他材料放大8千倍時(shí)已經(jīng)慘不忍睹了，斷面處極易發(fā)生剝離，剝離之后就容易影響它的性能。

（圖示）這是我們實(shí)測(cè)的電阻均勻性及穩(wěn)定性，幾乎與測(cè)量?jī)x器相當(dāng)。

同樣只有織物還是不行，可以看到一小塊石墨烯織物就和燒杯差不多大的一塊，快速在十幾秒、技術(shù)秒時(shí)間把水進(jìn)行燒開(kāi)。同時(shí)我們開(kāi)發(fā)了多種電極，它不會(huì)發(fā)生斷裂。我們拿蒙烯玻纖和碳纖維做了對(duì)比，因?yàn)楝F(xiàn)在碳纖維應(yīng)用也比較多，前面提到蒙烯玻纖采用的是先有網(wǎng)絡(luò)再鋪電路的方案，所以我們是面加熱的狀態(tài)。蒙烯玻纖紅外的實(shí)拍圖可以看到非常均勻，中間下方是碳纖維紅外實(shí)拍圖，碳纖維的絲束非常清晰，所以碳纖維是線加熱、石墨烯是面加熱的狀態(tài)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，蒙烯玻纖有哪些特性：和葉片的成型工藝兼容性更好，葉片用環(huán)氧樹(shù)脂，孔吸率很高，我們封測(cè)時(shí)樹(shù)脂用量比較少，浸潤(rùn)率比較高。施工工藝更簡(jiǎn)單。溫度均勻性更好。控制方便。可定制功率密度，實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制和溫度精確控制。升溫更快。電熱轉(zhuǎn)換效率更高（>90%)，這是蒙烯玻纖材料的優(yōu)勢(shì)。

我們?cè)诤嫌幸慌_(tái)樣機(jī)，采用分區(qū)多塊并聯(lián)布局，這么布局的好處是什么呢？凸顯材料的優(yōu)勢(shì)。分區(qū)布局，可以從葉尖往葉根方向，制作不同功率密度的加熱材料，其他材料實(shí)現(xiàn)不了，只有我們能實(shí)現(xiàn)，所以這么來(lái)設(shè)計(jì)。二是減少風(fēng)險(xiǎn)，萬(wàn)一中間是某一個(gè)回路發(fā)生損傷，不管什么原因的損傷，其他幾個(gè)回路還可以獨(dú)立工作。

（圖示）我們做了低溫環(huán)境測(cè)試，從零下5度、零下10度、零下30度的升溫實(shí)驗(yàn)，大家可以看一下從零下5度升到0度是1分鐘，零下10度升下來(lái)10.5分鐘，零下20度上來(lái)5分鐘，零下30度升到0度是15分鐘。因?yàn)樽龅蜏丨h(huán)境測(cè)試時(shí)結(jié)的冰層比較薄，曲線里大家看不到潛熱的時(shí)間段，因?yàn)楸鶎雍鼙　Ｍ瑫r(shí)我們也做了非常多雷擊測(cè)試，我們?cè)诖汗?jié)前1月底、2月初時(shí)做的測(cè)試來(lái)看，蒙烯玻纖對(duì)雷電測(cè)試和碳纖維有極大的不同，所以我們對(duì)這個(gè)產(chǎn)品非常有信心。我們用的100克重的玻纖基材，整個(gè)材料也是非常輕的。

（圖示）這是我們鋪設(shè)的蒙烯玻纖，分塊布局，中間是斷開(kāi)的，做好之后利用紅外測(cè)溫去量了加熱的情況。我12月底去到現(xiàn)場(chǎng)采用紅外線無(wú)人機(jī)拍攝，我們常用的PS/SS兩面布局，可以看到非常漂亮，經(jīng)歷了近一年的運(yùn)行，石墨烯材料表現(xiàn)還是非常優(yōu)異。

最后，介紹一下我們公司和團(tuán)隊(duì)的情況。北京石墨烯研究院和北京大學(xué)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，以及北京石墨烯研究院有限公司，我們是三塊牌子協(xié)同創(chuàng)新的狀態(tài)。北京大學(xué)石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院是做技術(shù)研發(fā)，北京石墨烯研究院有限公司是負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)落地，是這樣“三位一體”的結(jié)構(gòu)。三角形最穩(wěn)定，所以我們是這樣的結(jié)構(gòu)。核心團(tuán)隊(duì)，我們有2位中科院的院士，學(xué)術(shù)帶頭人帶領(lǐng)大概300多人的研發(fā)隊(duì)伍，技術(shù)實(shí)力還是有一些的。

我們都知道材料在實(shí)驗(yàn)室做的可能會(huì)很好，如果放到產(chǎn)線上來(lái)說(shuō)會(huì)受到很多條件的制約，尤其是裝備，裝備不好的話材料設(shè)計(jì)再好也做不出來(lái)，所以我們裝備也是自己設(shè)計(jì)、自己來(lái)做的，這是我們目前在用的生產(chǎn)裝備、預(yù)處理裝備，以及第三代的生產(chǎn)裝備，這些裝備我們也是得了很多專利。石墨烯是一個(gè)新型材料，有非常多應(yīng)用，除了目前我們正在探索的葉片除冰方向，在傳感器的防除冰，以及機(jī)組需要加熱溫度補(bǔ)償?shù)牡胤剑姵匦枰姶牌帘畏较颍酥辽帷峁芾矸较颍伎梢灾档锰剿鳌?/p>

我們每年10月份會(huì)在北京舉辦一個(gè)國(guó)際性的石墨烯論壇，去年的論壇我們邀請(qǐng)了十多位院士，以及石墨烯諾獎(jiǎng)的得主。石墨烯諾獎(jiǎng)得主來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，大家做一些學(xué)術(shù)交流。這是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景照片，主會(huì)場(chǎng)有1000多人到了現(xiàn)場(chǎng)，網(wǎng)絡(luò)上有大幾十萬(wàn)的觀眾在線觀看。同時(shí)在會(huì)場(chǎng)我們與華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院掛牌了聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，我們就風(fēng)機(jī)葉片除冰方向合作課題進(jìn)行研究，進(jìn)行研發(fā)。同時(shí)還舉辦了風(fēng)電葉片除冰的分論壇，邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)的專家和領(lǐng)導(dǎo)到現(xiàn)場(chǎng)專家進(jìn)行交流。如果大家對(duì)石墨烯材料感興趣，或者對(duì)除冰感興趣的，歡迎今年參與這些活動(dòng)，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)與我們一起討論、一起交流。

謝謝大家！