多功能石墨烯水泥基建筑材料

研发背景

水泥基建筑材料是现代经济社会大宗使用的一种建筑材料，广泛应用于桥梁、建筑、地下工程、国防等领域。水泥原材料行业本身是个高能耗、高污染的产业，是目前国家去产能的重点关注行业，水泥混凝土长期使用过程中因其自身各种缺陷在各种应用环境的多种因素的耦合下，易于发生腐蚀、开裂而导致结构损伤、性能下降，严重威胁人民群众生命财产安全。发展低碳绿色长寿民水泥混凝土建筑材料是目前世界范围内的一种共识。

石墨烯类材料是国务院《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》、国家发改委《关键材料升级换代工程实施方案》和工信部《建材工业发展规划（2016-2020年）》等纲领文件重点推广的新材料。

将石墨烯类新材料与传统的水泥类建筑材料结合，为水泥行业升级转型和推动高附加值水泥基建筑材料提供一种可行的技术解决方案。

技术团队

研发团队为重庆交通大学“纳米功能与工程材料”科技团队，负责人袁小亚教授。团队固定人员现有教授4名（其中水泥混凝土专家1人、交通部专家1人、建筑材料检测专家1人）、博士/副教授4人、在读硕士生20多名。主要从事石墨烯低成本绿色规模化制备以及该类材料在水泥、沥青等建筑材料中的理论与工程应用研究；重庆本地长期建筑建材类产学研企业4个。拥有国家授权发明专利5项；承担国家级省部级项目10多项；发表SCI论文60多篇。

依托平台：省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室、山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心、山区道路结构与材料重庆市市级重点实验室、交通土建工程材料国家地方联合工程实验室。

技术简介

针对石墨烯和氧化石墨烯（GO）在富钙高碱性水泥浆体极易聚沉、影响新拌混凝土流动能力等难题以及要想发挥石墨烯对水泥基材料的增强与功能化作用，团队近十年对GO在水相、水泥孔隙液等体系介质中稳定分散技术做了大量深入研究，先后开发了减水剂分散技术、小分子助分散技术、天然高分子助分散技术、原位光还原分散技术、缓释钙离子技术、石墨烯表面选择性羟基化等技术手段，对掺配石墨烯或GO的水泥力学性能、耐久性能、导电导热性能、电磁屏蔽等做了大量原创性研究，深入阐述石墨烯二维纳米材料增强增韧水泥基材料的微观耦合机制，对石墨烯水泥基建筑材料展现出的智能化特性有一定的原创性深度积累。石墨烯能在极低添加量下（<0.03%），大幅度提升水泥混凝土的力学性能（>40%）、抗盐碱腐蚀性能（>30%）、导电性能(>300%)、自感知能力（力敏系数绝对值>4%），极大赋予了传统混凝土的若干功能特性和提升传统水泥基材料的附加值（延长服役周期、减低维护频率、抗电磁屏蔽、抗静电等），建立了若干示范化实体工程，有望助力水泥、建材等行业的升级改造和赋予发展新动能。本方向主持国家自然科学基金面上项目1项、重庆市基础科学与前沿技术研究重点项目1项、一般项目1项、企业横向课题3项；发表高水平研究论文30余篇，其中SCI/EI收录论文10多篇（含SCI一区论文1篇）、中文核心期刊论文18篇、授权和申请国家发明专利5项（授权号：ZL 201711079124.3，申请号：202110700098 .1、202011609988.3、202011445076.7、202010614203.5、202010224248.1）。

产品特性--多功能石墨烯水泥基建筑材料

Ø  大幅度提升抗压强度、抗折强度、抗弯拉强度：满足基本强度或特殊环境要求

Ø  显著改善抗渗透、抗盐耐腐蚀性能：延长服役周期、减低维护频率

Ø  导电/导热性能显著提高：满足抗电磁屏蔽、抗静电等使用场合

Ø  极低掺量：综合性能与成本的平衡

技术优势

Ø  攻克水泥水化高钙高碱性环境中石墨烯聚沉与分散的若干核心共性关键技术

Ø  减少水泥用量和碳排放量：助推水泥行业产业升级和打赢污染防治攻坚战

Ø  安全、长寿命混凝土建筑物：降低管、养、护频率和成本

Ø  赋予产品多种高附加值功能：防水、导电、导热、电磁屏幕等功能

市场潜力分析

石墨烯行业痛点

Ø  当前投资热点：电活性材料（超级电容器、锂离子电池）、显示屏、涂料、发热材料---与石墨烯电、热等性能相关

Ø  石墨烯产品单一，内耗严重，少有相关企业盈利

传统水泥行业—高污染、高能耗；去产能，助推供给侧改革

Ø  特点：非用不可，无可替代，用量大，但产能过剩，污染严重，核心竞争力不足

Ø  某些特殊领域，需要特殊性能或功能

水泥基建筑材料+石墨烯材料结合

◆   助推水泥及相关行业的转型升级，实现供给侧改革一种的手段：“建筑材料+”，抢占核心技术制高点

◆   响应国家石墨烯战略，扩展石墨烯领用领域助推”石墨烯+”战略

潜在应用领域

Ø  传统领域：道路、桥梁、港口码头、房屋建筑、建筑材料等基础行业，助推水泥及混凝土行业升级，实现体现国家意志力的“石墨烯+”战略，应用前景巨大。

Ø  基于2020新基建背景下升级细分场景拓展领域：

   5G基站、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、充电桩、大数据&人工智能、工业互联网。如：高性能石墨烯基建筑材料/高性能石墨烯基防护材料/高性能石墨烯耐腐蚀、电磁屏蔽专用涂层

投入产出分析

数据来源：华经产业研究院整理

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1618912740625800904&wfr=spider&for=pc

石墨烯：2161*0.03%=65万吨    650000*10^6*1元/克=650亿    以1%市场占有率计算：6.5亿

混凝土： 12*10^9*400=4万8千亿    以1%市场占有率计算：4百8十亿

合作模式

Ø  技术转让    技术入股      合作开发      应用推广