碳纖維(wei)增強(qiang)(qiang)復合材料(liao)已在汽車、海(hai)洋和航(hang)空航(hang)天工業等多個(ge)行業得(de)到應(ying)用。這些(xie)材料(liao)具有優(you)異(yi)的(de)(de)抗拉(la)強(qiang)(qiang)度，但(dan)受到脆性(xing)和界面粘合性(xing)差等缺陷的(de)(de)影響，材料(liao)可能分層并嚴重退化。

蓋世汽車訊 據(ju)外媒報(bao)道(dao)，印度(du)石油與能(neng)源研究(jiu)大(da)學（University of Petroleum and Energy Studies）和意大(da)利薩萊諾大(da)學（University of Salerno）的(de)研究(jiu)人員在《聚(ju)合(he)物》（Polymers）雜志上發(fa)表(biao)了一篇論文(wen)，探討氧化石墨烯(xi)對功能(neng)化碳纖維增強復(fu)合(he)材料（CFRP）的(de)影響。

碳(tan)纖(xian)維增強復合材料

CFRP 已在汽車、海(hai)洋和航空航天工(gong)業等(deng)(deng)多個行業得(de)到應(ying)用(yong)。這些(xie)材料具(ju)有優異的抗(kang)拉強度(du)，但受到脆性(xing)和界面粘合性(xing)差等(deng)(deng)缺陷的影響(xiang)，材料可能分(fen)層并嚴重退化。

為了(le)解(jie)決(jue)這些(xie)問題，有(you)一種策略(lve)是結合不同形式的(de)碳納(na)米結構。目前，已有(you)若干研(yan)究探討過利(li)用這類(lei)材料來提高這些(xie)復合材料的(de)力學性能，并引入諸如自愈(yu)合、自傳(chuan)感和(he)除冰等功(gong)能特(te)性，以及在制(zhi)造過程中節(jie)約能源。

不同形式的碳納(na)米結構

在(zai)復(fu)(fu)合(he)材料中加入(ru)不同形(xing)式的(de)(de)(de)碳(tan)納(na)米(mi)(mi)結構，可(ke)以(yi)(yi)實現不同的(de)(de)(de)功能特(te)性(xing)，并提升機械性(xing)能。例如，加入(ru)多壁(bi)碳(tan)納(na)米(mi)(mi)管，可(ke)以(yi)(yi)提高(gao)復(fu)(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)導(dao)(dao)電性(xing)，而制(zhi)造工藝(yi)則會(hui)影響導(dao)(dao)電性(xing)的(de)(de)(de)具(ju)體數(shu)值。加入(ru)石(shi)墨(mo)烯基納(na)米(mi)(mi)顆粒，可(ke)以(yi)(yi)進一步改善一些(xie)取決于熱管理的(de)(de)(de)功能特(te)性(xing)，并降低環氧(yang)樹脂基復(fu)(fu)合(he)材料的(de)(de)(de)濕度(du)。

制備單層石墨(mo)(mo)烯(xi)一直(zhi)是人(ren)們(men)研(yan)究的(de)重點(dian)，但到目前為止，還未開發出具有優異導電(dian)性(xing)(xing)和相關功能特性(xing)(xing)的(de)高性(xing)(xing)能材(cai)(cai)料。在制造過程中，石墨(mo)(mo)烯(xi)層往往會重組，阻礙(ai)形成無缺陷材(cai)(cai)料。為了(le)避免材(cai)(cai)料重組，需要采用功能化步(bu)驟，而(er)這會使工藝更(geng)加(jia)復雜(za)，并(bing)帶來諸如(ru)電(dian)子性(xing)(xing)能降(jiang)低等挑戰。

由堆疊的(de)(de)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)層組成的(de)(de)氧(yang)化石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)納(na)米(mi)片(pian)，可(ke)以解(jie)決(jue)這些問題。將氧(yang)化石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)納(na)米(mi)顆(ke)粒分散在(zai)聚合物基(ji)體中(zhong)，還可(ke)以在(zai)浸漬過程中(zhong)提(ti)高碳纖維與環(huan)氧(yang)基(ji)體之間的(de)(de)粘附力。石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)納(na)米(mi)顆(ke)粒中(zhong)存在(zai)的(de)(de)極性官能(neng)團，提(ti)供(gong)了與環(huan)氧(yang)基(ji)體的(de)(de)強(qiang)相互作(zuo)用。納(na)米(mi)顆(ke)粒的(de)(de)核心結構，可(ke)以促進與碳纖維的(de)(de)強(qiang)相互作(zuo)用。

在幾篇論文(wen)報告過石墨(mo)烯(xi)納米顆(ke)粒為樹脂提(ti)供官能團的能力，而另一些論文(wen)則提(ti)到了促進聚合物和增強(qiang)碳(tan)纖維(wei)之(zhi)間(jian)(jian)的粘附力。改善(shan)聚合物與(yu)碳(tan)纖維(wei)之(zhi)間(jian)(jian)的粘合，對(dui)提(ti)高復合材料的整體性能，起(qi)著(zhu)重要作(zuo)用。

本項研究

在本(ben)項(xiang)研究中(zhong)，研究人(ren)員(yuan)綜合(he)評(ping)估(gu)近年來利用(yong)氧化石墨烯(xi)納米顆(ke)粒來改善 CFRP 性能的(de)研究進展，并對(dui)現有文獻中(zhong)的(de) 91 篇相關論文進行了分析和評(ping)述。

加(jia)入氧(yang)化(hua)石(shi)墨烯納米片，可以改善這(zhe)些材(cai)料(liao)的(de)粘彈(dan)性、熱學、機械和電學性能。這(zhe)項研究(jiu)涉及(ji)官能團(tuan)對這(zhe)些復(fu)合材(cai)料(liao)共價功能化(hua)的(de)作用(yong)。氧(yang)化(hua)石(shi)墨烯的(de)關鍵作用(yong)是(shi)，打開(kai)了纖(xian)(xian)維(wei)表面和聚合物基(ji)體中(zhong)的(de)反應位點。研究(jiu)人員(yuan)指出(chu)，不同的(de)官能團(tuan)對復(fu)合材(cai)料(liao)具有不同的(de)影響。羥(qian)基(ji)為(wei)纖(xian)(xian)維(wei)提(ti)供(gong)了含空隙和球狀樹突表面的(de)拓撲結構，而羧(suo)基(ji)具有氧(yang)化(hua)相同表面的(de)效果。這(zhe)兩個(ge)基(ji)團(tuan)都為(wei)纖(xian)(xian)維(wei)提(ti)供(gong)了開(kai)放空間，以加(jia)強與聚合物基(ji)體的(de)互鎖。

有(you)幾(ji)種功能化方法可以改善界面(mian)粘附性(xing)。使用硅烷偶聯劑很受關注，因(yin)為它們在材料(liao)的(de)邊緣和表面(mian)產(chan)生(sheng)羥基、羧基和胺基。

可以使(shi)用不同(tong)的(de)制備(bei)工藝，改善氧化(hua)石墨烯在聚合物基(ji)體(ti)中的(de)分(fen)(fen)(fen)散(san)狀態。其(qi)中三輥(gun)銑削可以讓(rang)分(fen)(fen)(fen)散(san)更(geng)均勻（其(qi)他(ta)技術包括超聲破(po)碎法和(he)剪切(qie)混(hun)合）。這是因為該方法易于操作，而且與(yu)其(qi)他(ta)方法不同(tong)，不需要額外(wai)使(shi)用溶劑。然(ran)而，研究人員(yuan)指出，想要獲(huo)得均勻的(de)氧化(hua)石墨烯納米顆(ke)粒分(fen)(fen)(fen)散(san)體(ti)，仍然(ran)存在一定挑戰(zhan)。與(yu)纖維表(biao)面改性的(de)相容性優(you)于氧化(hua)石墨烯 / 基(ji)體(ti)改性。

此(ci)外，研(yan)究人員還對氧化石墨(mo)烯改性復合材(cai)料的應(ying)用(yong)現狀和(he)前景進行(xing)了綜述。這些材(cai)料可用(yong)于(yu)(yu)航空航天工業、汽車工業、軍事和(he)土木(mu)工程部門，包(bao)括發動(dong)機(ji)部件(jian)、下一代(dai)防彈衣等彈道系(xi)統以及懸索(suo)橋的電纜等應(ying)用(yong)。復合材(cai)料已被用(yong)于(yu)(yu)儲能設備和(he)傳感能力的研(yan)究。