石墨烯与玻璃混合制成车窗薄膜 可防止热量进入车内

盖世汽车讯 石墨烯与玻璃之间的互补特性意味着这两种材料能够完美地结合，融合两者对于汽车行业的发展会特别有利。石墨烯是一种神奇的材料，经常因其创新物理特性而备受推崇。此种材料由一层按二维六边形晶格结构排列的单层碳原子组成，具有机械强度、导电性与导热性以及灵活性，因此是电子设备的重要组成部分。但是，此种非凡的材料还有一种通常不被人极度吹捧的特性，即当其与其他特性相结合时，特别适用于研发玻璃和窗膜，因为其具备光学透明性。

石墨烯的强度和光学透明性表明其在打造和改进石墨烯/玻璃融合产品方面具有巨大的商业潜力，尤其符合汽车行业的利益。

STEK Automotive公司

美国STEK Automotive公司就是该领域的重大研发商之一，该公司最近刚刚推出了一款先进的纳米陶瓷窗膜——NEX。该款纳米陶瓷窗膜含有石墨烯、钨和氧化锑锡，可以为驾驶员提供清晰的视野，并且降低UV（紫外线），减少眩光。钨和氧化锑锡是两种高效的红外吸收剂，因此该薄膜还可以防止热量进入汽车内部。

NEX纳米陶瓷窗膜应用于汽车（图片来源：STEK Automotive）

NEX不仅具备上述优点，其还可以允许电磁信号不受阻碍地通过，因此不会对车内的电子设备和通信设备造成破坏。虽然对于石墨烯玻璃薄膜而言是重要的一步，但NEX不是科学家们首次尝试将此类材料的互补特性结合起来。

自2004年石墨烯首次从石墨中分离出来，就引起了研究人员的极大兴趣，其中包括将石墨烯与玻璃结合在一起的各种尝试，可以在不牺牲传统玻璃的透明度的前提下，赋予石墨烯玻璃产品显著的导电/导热性以及表面疏水性。

将玻璃与石墨烯结合成为研究重点的部分原因在于，石墨烯可用作透明且坚韧的维护材料，因为其厚度与一个原子的厚度相当，而且每一层石墨烯只吸收落在其上面的2%的光。这一点是因为石墨烯的电磁场被限制在其单分子层内，而电子可以自由地在其表面移动。

自由电子只能吸收少量的能量，而且由于特定波长的光子被一定数量（或定量）的能量包裹，该自由电子只能吸收有限的一组光子。石墨烯的光学透明性及导电性意味着当其与玻璃耦合在一起时，不仅适用于车窗和挡风玻璃，还可用于制造高柔性导电线、多功能光纤以及高精度传感器。

石墨烯的强度源于其碳原子在共价键连接的晶格中有序排列，不过，石墨烯给玻璃带来的另一好处是不仅具有抗拉强度，还具有耐久性。

石墨烯与玻璃

我们都知道玻璃具有破碎的风险，但是加入石墨烯就可以提升其抗拉强度，让其更加耐用。但是大家不那么熟悉的事实是，玻璃也易于腐蚀。随着时间的推移，在高湿度和高pH值的环境下，很多类型的玻璃会开始腐蚀，腐蚀后的玻璃会失去透明度，强度降低。

2016年，韩国基础科学研究所（Institute for Basic Science，IBS）多维碳材料（CMCM）中心的研究人员首次推出了一种石墨烯涂层，可保护玻璃免于被腐蚀。

让石墨烯与玻璃集成在一起通常需要在玻璃上铸造石墨烯纳米薄片，或者在金属上生长的石墨烯薄膜上转移涂覆涂层，不过，还有一种新发明的方法是直接在玻璃上生长石墨烯。IBS团队就采用了此种方法，消除了集成过程中可能产生的污染和潜在损坏，从而实现了更高质量的玻璃/石墨烯混合产品。

由于玻璃表面吸附了水，玻璃就会开始腐蚀。然后，水中的氢离子会扩散到玻璃中，并与玻璃表面的钠离子交换、玻璃表面附近的水的pH值增加，该硅酸盐结构就会溶解，而石墨烯的疏水性有助于缓解此种现象。由于石墨烯具有化学惰性，因而作为一种薄涂层材料时是一种很好的化学屏障。此类特性意味着石墨烯也可用于保护车辆的其他部分，如油漆、车身以及车轮装饰等。