石墨烯重塑低空经济

一款能在零下40摄氏度严寒中稳定工作的石墨烯航空电池，一片比碳纤维强60%耐冲击性的石墨烯复合机翼——说来你可能不信，这些曾经只存在于科研论文中的设想，如今正在悄然改变整个无人机行业的游戏规则。

记得去年采访一位无人机行业的资深工程师时，他曾半开玩笑地说：“我们现在是在戴着镣铐跳舞。”他指的是无人机行业长期以来面临的续航瓶颈和材料限制。没想到，短短一年时间，石墨烯技术的突破正在让这副“镣铐”变得不再那么沉重。

当石墨烯制备进入“高质量时代”

如果时光倒回五年前，任何一个谈论石墨烯产业化应用的人，都可能被贴上“过度乐观”的标签。那时候，大规模、高质量制备确实是困扰整个行业的噩梦。

情况在2025年迎来了转机——中国科学家在羧基化多环芳烃作为固态碳源化学气相沉积制备石墨烯方面取得了意想不到的进展。说来有趣，这一突破最初源于一个看似简单的发现：羧基官能团通过脱羧反应释放CO2时，竟能触发布杜阿尔反应，从而显著降低石墨烯的缺陷密度。

这听起来可能有些技术化，但简单来说，这意味着我们终于能够以更低的成本生产出更完美的石墨烯。缺陷密度降低的直接好处是什么？石墨烯的载流子迁移率跃升至5000 cm²V⁻¹s⁻¹——这个数字对普通人来说可能很抽象，但在电子器件领域，这几乎是一场革命。

与此同时，刘忠范院士团队与清华大学的合作让我想起了材料科学中的一个经典难题：如何在保持材料轻量的同时提高其导热性？

他们开发的“蒙烯氧化铝粉体”给出了令人惊喜的答案——通过创建“声子高速通道”，石墨烯成功解决了高热导率与轻量化之间的传统矛盾。

当然，我必须提醒读者，这些技术进步并非一蹴而就。它们建立在过去十年无数失败实验的基础上，是材料科学家们长期坚持的成果。

石墨烯电池解锁无人机续航瓶颈

“传统电池的能量密度约为250Wh/kg，不到航空煤油的1/40。”航材院石墨烯新能源材料中心主任燕绍九指出。这一数字道出了电动航空器面临的共同困境——续航能力不足。

石墨烯航空电池的出现正改变这一局面。应用石墨烯等新型材料技术制造的航空电池，相比传统电池能量密度能提升50%以上。这意味着，在相同的体积或质量下，石墨烯航空电池能够存储和释放更多的电能。

低温性能是石墨烯电池的另一个突破点。航材院研发的石墨烯超低温锂电池技术可保障用电设备在零下40摄氏度环境下正常工作，能满足低空飞行器高海拔起飞的严苛要求。

这对于高寒地区无人机作业具有重要意义。行业专家形象地比喻，石墨烯正成为航空电池的 “神奇魔法石”。它凭借导电导热性能好、比表面积大等特性，在电池中构建了高效的三维导电网络，极大改善了电池的倍率性能和循环寿命。

2025年在德国欧洲复合材料展上亮相的普洛斯彼罗无人机，展示了石墨烯在结构材料方面的巨大潜力。这架无人机的石墨烯机翼并非简单的材料替代，而是从根本上重新设计了材料体系。

测试结果表明，石墨烯机翼比碳纤维机翼的耐冲击性能强60%。这一数据的背后，是石墨烯作为纳米添加剂，在提高热固性塑料和热塑性塑料的机械强度的同时，还能减轻材料重量的独特能力。

中央兰开夏大学(University of Central Lancashire)的工程创新经理比利·兰格斯表示：“使用石墨烯之后，可以让无人机机翼兼顾高强度和低重量。”

研究人员的最终目的还包括利用石墨烯让航空航天设备免受雷击影响。这一方向展现了石墨烯在多功能复合材料中的应用潜力——它不仅强化结构，还能赋予材料新的功能特性。

另外，随着无人机功能的不断增加，其电子系统的热管理问题日益凸显。石墨烯凭借其卓越的热性能，在这一领域展现出独特价值。

刘忠范院士团队的研究成果尤为引人注目。他们开发的蒙烯氧化铝粉体基热界面材料，其导热率达6.44 W·m⁻¹·K⁻¹，显著优于传统氧化铝基热界面材料。

在50 W LED测试中可使芯片表面温度下降17.7摄氏度。对于集成高功率摄像设备、处理器的专业无人机而言，有效的热管理意味着更稳定的工作性能和更长的使用寿命。石墨烯热管理材料让无人机在长时间工作中保持“冷静”成为可能。

石墨烯无人机拓展低空经济边界

性能的提升最终体现在应用场景的拓展上。石墨烯无人机正在开辟以往难以触及的领域。在高寒地区，石墨烯电池的超低温性能使其成为寒区作业、应急救援等场景的理想动力源。

在长距离巡检任务中，石墨烯电池的高能量密度让无人机能够覆盖更广的区域，正泰风光运维无人机的续航能力已突破180分钟，航程达120公里。

低空经济作为新质生产力的代表，已成为培育发展新动能的重要方向。2024年，多地推出低空经济具体支持政策和行动方案，其中不少方案都提到了研发应用高性能动力电池。

石墨烯无人机正成为低空经济的重要推动力量。有业内专家展望，未来通过石墨烯等新材料的应用，低空经济市场规模有望在2030年突破万亿元。石墨烯电池则有望成为eVTOL和无人机的主流动力源。

在参观了数家无人机制造企业并与行业专家深入交流后，我必须坦诚地告诉各位：尽管前景光明，但石墨烯在无人机领域的应用仍面临着一系列不容忽视的挑战。

先说说技术层面的现实情况。目前市场上宣传的航空电池能量密度，距离实际应用所需的400-500Wh/kg门槛还有相当距离。为什么这个数字如此重要？因为只有当能量密度突破400Wh/kg这个分水岭，小型通用飞机才能真正实现商业化运营——这大概是常规新能源汽车电池动力的两倍。

从产业化角度观察，问题可能更为复杂。石墨烯材料的生产成本虽然在下降，但质量一致性仍然是制约其大规模应用的关键因素。我在调研中发现，不同批次的石墨烯材料在性能上仍存在差异，这对于要求高可靠性的航空应用来说是不可接受的。

那么，未来的路径在哪里？根据我的观察，可能会朝着三个方向发展：

在多功能集成方面，我们或许很快就能看到兼具结构、导电、隔热等多功能一体化的复合材料——这听起来像是科幻，但确实是一些实验室正在攻关的方向。

关于智能化方向，我最近看到的一份专利文件显示，有团队正在研究具有自感知、自诊断能力的智能无人机结构。这意味着未来的无人机可能能够“感受”到自身的损伤并自主调整飞行策略。

而绿色化可能是最容易被忽视却至关重要的方向。随着环保要求的提高，石墨烯制备过程的环境影响将成为不可回避的议题。

说到这里，我想起燕绍九主任在采访结束时说的一句话：“我们现在做的，是在为十年后的低空经济铺设基石。”确实，石墨烯与无人机的结合不仅仅是一项技术革新，更是一个全新产业生态的萌芽。这个过程不会一帆风顺，但每一次技术突破都在将这个愿景变得更加清晰。

展望未来，从最初的概念炒作，到如今的实际应用，石墨烯技术终于开始兑现它十年前的承诺。随着石墨烯材料与无人机技术的深度融合，低空经济的边界正在不断拓展。从电池到机身，从动力到结构，石墨烯正在重塑无人机的技术体系，将为一个全新的低空经济生态奠定基础。

本文来自微信公众号“思策智库”，36氪经授权发布。