各位專家領導，大家中午好！

我們開發(fā)一款蒙烯玻纖材料，嘗試從材料端提供一個新的解決方案的思路。報告分為4個部分：葉片結冰機理、主要防/除冰方案比較、石墨烯方案介紹、公司及團隊介紹。

葉片結冰帶來的危害，這個大家比較熟悉了，我不過多介紹了。結冰機理，風電機組葉片覆冰產生的基本氣象條件 ：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、 葉片粗糙度過大等問題，也會導致葉片出現(xiàn)覆冰的問題。

（圖示）這是雨凇形成過程，非常快。

（圖示）凍雨形成的機理，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)生凍結所形成的凍雨。統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看山區(qū)主要是暖雨機制，平原是融化機制。

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

葉片除冰主要分為主動和被動，我們現(xiàn)在水平軸風機葉片采用的葉片和飛行器機翼原理相通的。葉片除冰主動有人工除冰、機械除冰、加熱除冰；被動有疏水涂料、葉片微觀結構、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、碳氈。

電熱材料面臨的問題：防雷的問題，電加熱材料一定會改變葉片電荷分布，如何解決防雷的問題。細分來說就是：不破壞葉片現(xiàn)有防雷體系；對于直擊雷和感應雷分別有保護措施；降低引雷概率；雷擊后易于修復；二是減少對葉片氣動外形的影響：材料輕薄，減少對氣動外形影響；材料柔性可彎折；三是加熱材料與葉片復材成型工藝的兼容問題：不改變葉片力學性能；孔隙率高，樹脂滲透及浸潤性好；克重輕，樹脂用量少。

介紹我們石墨烯方案，給大家除冰提供一個思路。石墨烯是2004年被證明是真實存在的，作為新興戰(zhàn)略材料，截至2020年底，我國共出臺445條相關政策支持石墨烯產業(yè)發(fā)展。包括《中國制造2025重點領域技術路線圖》、《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2018年版）》等，其中國家層面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個省市。

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

石墨烯玻纖材料特性：輕質柔性，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100次無衰減，可用于異形構件。電磁屏蔽，暫時用不到，就不展開。導電性，賦予了玻璃纖維導電性能，可實現(xiàn)方阻50-5000自由調控。導熱性，改善玻璃纖維導熱性，通電后可以遠紅外輻射方式發(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。有些朋友擔心每秒100度太快了，不用擔心，這是設計時可控的，可以讓它不用升溫那么快，這是特殊應用場合才會用到。

（圖示）部分石墨烯玻璃纖維材料性能數(shù)據(jù)，復材實測為93.6%，銅的話在60%左右。

（圖示）這是石墨烯CVD生長工藝，右邊藍色是玻璃界面，在上面重合、生長，最后長成一整張聯(lián)網網狀的石墨烯棉。現(xiàn)在市面上石墨烯很多，我們和傳統(tǒng)導電輔材有什么不一樣呢，傳統(tǒng)的導電輔材通過導電劑添加或者堆料，隨機形成的導電網絡。從A到D導電物質持續(xù)增加，添加到C時會隨機形成一條導電網絡，我用紅線箭頭標注出來了。其實這個箭頭是隨機的，而且極不穩(wěn)定。這是一個碳管，如果位置發(fā)生偏移的話，這個導電回路就失效了。石墨烯玻纖有什么呢？我們是先有了玻纖織物形成的網絡，在網絡上生長石墨烯形成電路，我們的導電網絡是穩(wěn)定的，可以去定制的，這是它非常大的特點。

還有朋友擔心孔吸率會不會堵住，不用擔心，我們通過掃描電鏡放大到1萬倍，石墨烯包裹率非常好，孔吸率也得到極大保障。我們在宏觀層面上空間來講的話，對它是極其宏大，不會影響到它的孔吸率及生長。其他材料放大8千倍時已經慘不忍睹了，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）這是我們實測的電阻均勻性及穩(wěn)定性，幾乎與測量儀器相當。

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、技術秒時間把水進行燒開。同時我們開發(fā)了多種電極，它不會發(fā)生斷裂。我們拿蒙烯玻纖和碳纖維做了對比，因為現(xiàn)在碳纖維應用也比較多，前面提到蒙烯玻纖采用的是先有網絡再鋪電路的方案，所以我們是面加熱的狀態(tài)。蒙烯玻纖紅外的實拍圖可以看到非常均勻，中間下方是碳纖維紅外實拍圖，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)。

總結來說，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)氧樹脂，孔吸率很高，我們封測時樹脂用量比較少，浸潤率比較高。施工工藝更簡單。溫度均勻性更好。控制方便。可定制功率密度，實現(xiàn)分區(qū)控制和溫度精確控制。升溫更快。電熱轉換效率更高（>90%)，這是蒙烯玻纖材料的優(yōu)勢。

我們在湖南有一臺樣機，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。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，其他材料實現(xiàn)不了，只有我們能實現(xiàn)，所以這么來設計。二是減少風險，萬一中間是某一個回路發(fā)生損傷，不管什么原因的損傷，其他幾個回路還可以獨立工作。

（圖示）我們做了低溫環(huán)境測試，從零下5度、零下10度、零下30度的升溫實驗，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10.5分鐘，零下20度上來5分鐘，零下30度升到0度是15分鐘。因為做低溫環(huán)境測試時結的冰層比較薄，曲線里大家看不到潛熱的時間段，因為冰層很薄。同時我們也做了非常多雷擊測試，我們在春節(jié)前1月底、2月初時做的測試來看，蒙烯玻纖對雷電測試和碳纖維有極大的不同，所以我們對這個產品非常有信心。我們用的100克重的玻纖基材，整個材料也是非常輕的。

（圖示）這是我們鋪設的蒙烯玻纖，分塊布局，中間是斷開的，做好之后利用紅外測溫去量了加熱的情況。我12月底去到現(xiàn)場采用紅外線無人機拍攝，我們常用的PS/SS兩面布局，可以看到非常漂亮，經歷了近一年的運行，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隊的情況。北京石墨烯研究院和北京大學石墨烯產業(yè)技術研究院，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)。北京大學石墨烯產業(yè)技術研究院是做技術研發(fā)，北京石墨烯研究院有限公司是負責產業(yè)落地，是這樣“三位一體”的結構。三角形最穩(wěn)定，所以我們是這樣的結構。核心團隊，我們有2位中科院的院士，學術帶頭人帶領大概300多人的研發(fā)隊伍，技術實力還是有一些的。

我們都知道材料在實驗室做的可能會很好，如果放到產線上來說會受到很多條件的制約，尤其是裝備，裝備不好的話材料設計再好也做不出來，所以我們裝備也是自己設計、自己來做的，這是我們目前在用的生產裝備、預處理裝備，以及第三代的生產裝備，這些裝備我們也是得了很多專利。石墨烯是一個新型材料，有非常多應用，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，以及機組需要加熱溫度補償?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月份會在北京舉辦一個國際性的石墨烯論壇，去年的論壇我們邀請了十多位院士，以及石墨烯諾獎的得主。石墨烯諾獎得主來到現(xiàn)場，大家做一些學術交流。這是現(xiàn)場實景照片，主會場有1000多人到了現(xiàn)場，網絡上有大幾十萬的觀眾在線觀看。同時在會場我們與華能集團清潔能源技術研究院掛牌了聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，我們就風機葉片除冰方向合作課題進行研究，進行研發(fā)。同時還舉辦了風電葉片除冰的分論壇，邀請行業(yè)內的專家和領導到現(xiàn)場專家進行交流。如果大家對石墨烯材料感興趣，或者對除冰感興趣的，歡迎今年參與這些活動，到達現(xiàn)場與我們一起討論、一起交流。

謝謝大家！