基于SP³-SP²化学键合的革命性全碳复合材料技术平台。通过纳米金刚石表面石墨化作为"钎料", 实现金刚石(SP³)与石墨/碳纤维(SP²)的化学键合,构建三维全碳网络结构。 可拓展至热管理、固态电池、超导材料等多个前沿领域。
突破传统材料组合界面的物理接触限制,通过化学键合实现碳材料间的原子级连接
在惰性或还原气氛下,纳米金刚石表面(外壳1-3nm)可发生石墨化转变, 形成薄层石墨化"软壳"。这层软壳具有SP²杂化特征,能够与其他碳材料的SP²结构 形成共价键连接。
石墨化外壳中的SP²碳原子与石墨烯、碳纤维、碳纳米管等SP²碳材料 在高温下发生碳原子扩散与重排,形成C-C共价键连接,实现金刚石与碳材料的 原子级化学键合。
通过合理设计金刚石颗粒与SP²碳材料的配比和空间分布,构建出 SP³-SP²互连的三维碳网络结构,兼具金刚石的高硬度、高导热特性 与石墨/碳纤维的导电、柔性特性。
无金属相,避免金属热膨胀失配、电化学腐蚀等问题。 轻质、高强度、化学稳定性优异。
C-C共价键连接,界面结合强度远超物理接触或弱范德华力。 导热、导电通道连续,无界面热阻/电阻。
通过调整金刚石粒度、含量、SP²材料种类(石墨烯、碳纤维、碳管), 可实现导热、导电、力学性能的灵活定制。
同一技术原理可拓展至多个领域:高导热材料、固态电池负极、 粒子电极、超导材料等,具有广阔的应用前景。
基于SP³-SP²平台技术的多领域应用潜力
将纳米金刚石在惰性气氛或真空中加热至一定温度, 控制时间使表面特定厚度发生石墨化转变,形成石墨化外壳。 核心保持金刚石结构。
将石墨化纳米金刚石与石墨烯片、碳纤维、碳纳米管等SP²碳材料按设计比例混合。 可采用溶液分散、机械混合或层层组装等方法,确保均匀分布。
在真空或惰性气氛热压炉中,升温至特定温度,施加一定压力, 进行保温。石墨化外壳与SP²碳材料发生碳原子扩散,形成C-C共价键连接。
控制冷却至室温,获得SP³-SP²互连的全碳复合材料整体。可根据应用需求进行 切割、打磨、造孔、功能化修饰等后处理。对于固态电池应用,需进一步刻蚀造孔剂 形成多孔结构。
完整的知识产权保护与技术储备
详细描述了纳米金刚石表面石墨化、与石墨烯/碳纤维混合、高温压力烧结的完整工艺。 覆盖热管理材料应用的各种实施例。
利用金刚石的低温催化效应,在低于传统石墨化温度下实现SP²碳网络的三维共价键连接,由此制得的柔性复合材料在导电/导热性能和机械增强效率上取得突破性提升。
专门针对固态电池负极应用的多孔SP³-SP²结构设计,包括造孔剂选择、 孔隙率控制、电化学性能优化等关键技术。
基于SP³-SP²骨架的全固态电池一体化设计方案,实现正极、负极、隔膜的 一体化共烧结制备,大幅简化工艺。
重点描述高压力条件下形成的内应力结构,以及可能的超导特性。 覆盖高端功能材料与前沿研究方向。
5-10年技术储备,多领域应用前景