關(guān)鍵詞：石墨烯 LED路燈 散熱防腐
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的納米新材料。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈.蓋姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，并證實它可以單獨存在，兩人也因“二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯原料如圖1所示。
石墨烯的性能有以下幾個方面：
1. 高導(dǎo)熱性：單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m.K, 是目前已知材料中導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)。
2. 高機械強度：石墨烯厚度僅為0.335nm，楊氏模量高達1TPa，斷裂強度高達130GPa。
3. 高導(dǎo)電性：石墨烯電阻率僅10-6Ω.cm，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V.s。
4. 其他性能：高比表面積，理論值可達2630m2/g；單層石墨烯的厚度只有0.335nm；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性以及耐紫外光、耐老化等性能。
對于石墨烯在路燈行業(yè)的應(yīng)用,主要有以下二個方面：
1.對LED燈具進行散熱、防腐。
2.采用石墨烯電池對太陽能路燈供電。
目前路燈行業(yè)對石墨烯的應(yīng)用主要是對LED燈具的散熱，石墨烯電池對太陽能路燈供電還在研究階段。
自然界中已知的散熱方式有: 熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射、蒸發(fā)散熱。其中蒸發(fā)散熱在常規(guī)生產(chǎn)作業(yè)中較難實現(xiàn)；熱對流需要借助液體或氣體將熱量傳遞，市面已有非常成熟的產(chǎn)品，其對于降溫、散熱所起的作用也基本發(fā)揮到了極限。
而石墨烯LED燈具是利用石墨烯涂料、石墨烯導(dǎo)熱膠的熱傳導(dǎo)與熱輻射原理，極大的降低了基體的溫度。通常，金屬材料擁有較高的導(dǎo)熱系數(shù)（例如鋁約為170W/m .K），但其熱輻射率卻很低（鋁為0.05）。高導(dǎo)熱系數(shù)有助于鋁材從熱源快速吸收熱量，但過低的熱輻射率卻限制了鋁材向空間環(huán)境釋放熱量。
石墨烯本身擁有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，可以迅速將底材的熱量吸收至自身，再憑借熱輻射系數(shù)高的特性將熱量傳遞到空間環(huán)境，使基底材料的溫度迅速降低。
由于石墨烯擁有很高的比表面積，這也增大了涂層與空間環(huán)境的接觸面積，對底材的對流散熱與輻射散熱都起到了極大的增強效果，如表1所示。
據(jù)了解，石墨烯涂料分為油性涂料及粉末涂料，其中油性涂料適用于軍艦、建筑等大型物體，不過涂料顏色只有白色、灰色及黑色；而粉末涂料則更適用于空調(diào)外機、路燈燈具等小型物體的散熱，涂料顏色可以任選，如圖2、3所示。
圖2中燈具外層涂層采用了石墨烯涂料，在橢圓的金屬片上涂石墨烯導(dǎo)熱膠，在導(dǎo)熱膠上安裝LED模組。在亮燈的時候，LED模組產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到石墨烯導(dǎo)熱膠上，導(dǎo)熱膠會把熱能吸收，由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，熱能再次由導(dǎo)熱膠轉(zhuǎn)遞到燈具外殼石墨烯涂料上。根據(jù)光源的功率的不同，可以降溫5-10攝氏度。石墨烯LED路燈的亮點就在于節(jié)能，相比市場傳統(tǒng)的LED路燈，石墨烯路燈可節(jié)能20%至30%左右。
北京城市副中心通州區(qū)內(nèi)的28條道路照明改造項目中，采用了石墨烯LED路燈，且在黑龍江大慶市的路燈改造項目中還首次采用了“全光譜黃光、高光效”石墨烯散熱LED模組模擬傳統(tǒng)鈉燈光色。在第三批國家新型城鎮(zhèn)化綜合試點地區(qū)的禹州市路燈改造項目中，還運用了大數(shù)據(jù)模塊，基于路燈桿實現(xiàn)了分布式互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，LED模組路燈作為城市數(shù)據(jù)運營平臺，通過收集周邊環(huán)境為政府提供大數(shù)據(jù)。
石墨烯作為一種新型材料，目前在路燈上的使用仍十分有限。相信未來通過材料技術(shù)的不斷發(fā)展，其可得到更為廣闊的運用。
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