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新型石墨烯導(dǎo)電復(fù)合材料，高強(qiáng)度成為亮點(diǎn)

2018-11-27 11:49:15 作者：本網(wǎng)整理來源：江南石墨烯研究院分享至：

在石墨烯、碳納米管以新型復(fù)合材料等新材料的創(chuàng)新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，各大院校、機(jī)構(gòu)以及科技公司對(duì)這些新材料展開了各種各樣的深入研究。新材料能夠很好的替代傳統(tǒng)的金屬材料和其他傳統(tǒng)材料。例如就有說法稱，硅時(shí)代即將結(jié)束，石墨烯將會(huì)帶來一個(gè)全新的時(shí)代。

近日，美國萊斯大學(xué)的化學(xué)家James Tour與萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家PulickelAjayan、RouzbehShahsavari，北京航空航天大學(xué)的研究人員合作研發(fā)出一款十分堅(jiān)韌，并且導(dǎo)電性能優(yōu)異的復(fù)合材料。這種材料主要由環(huán)氧樹脂和石墨烯等一系列高分子聚合物復(fù)合而成。

該石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法與熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法等典型的石墨烯復(fù)合材料制備方法不同，它首先將碳源、聚丙烯晴、鎳粉進(jìn)行混合，利用冷壓技術(shù)將材料壓實(shí)，然后通過加熱和化學(xué)處理去除鎳，得到多孔的3D支架，最后利用真空將環(huán)氧樹脂注入支架中。值得一提的是，研究人員將多壁碳納米管作為增強(qiáng)材料混合到石墨烯泡沫中，這種做法使得復(fù)合得到的材料硬度比純環(huán)氧樹脂高出約17倍，電導(dǎo)率約為每厘米14西門子。

研究人員表示，該材料在未來的航空航天以及民用領(lǐng)域能夠很好地代替目前所用的碳復(fù)合樹脂。

其實(shí)，航空航天、汽車工業(yè)利用碳纖維復(fù)合材料制作部件已經(jīng)不是什么新鮮事了。早在1950年，美國Wright－Patterson空軍基地開始研究用人造絲制造碳纖維。到目前為止，美國很多大型的戰(zhàn)斗機(jī)中碳纖維復(fù)合材料的使用比例已經(jīng)大幅提升了，例如，第四代戰(zhàn)斗力F－22采用了約24％的碳纖維復(fù)合材料，以及洛克希德·馬丁公司在制造F－35戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)碳纖維復(fù)合材料多達(dá)35％。

要說碳纖維復(fù)合材料真正開始發(fā)展，就不得不提到日本東麗公司了，從1969年研制出高性能碳纖維后，產(chǎn)量一直處于世界首位，目前在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用比較出色的產(chǎn)品就是東麗的T1100G、T2000兩種材料了，號(hào)稱是世界上強(qiáng)度最高的碳纖維，其中T1100G的拉伸強(qiáng)度6.6Gpa，雖然T2000還在研發(fā)中心，但是據(jù)說其強(qiáng)度可達(dá)到60GPa。此前，東麗旗下Carbon Magic公司在2017年就已經(jīng)被波音公司認(rèn)定為供應(yīng)商，并于去年10月開始交付一級(jí)碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)零部件。

國內(nèi)航空航天領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料發(fā)展也是最近幾年才發(fā)展起來的，不久前試飛成功的國產(chǎn)大飛機(jī)C919的碳纖維復(fù)合材料用到了12％，并且中俄正在研發(fā)的CR929所使用的碳纖維用量將會(huì)達(dá)到51％。

如果中美科學(xué)家本次研究出的這種石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的強(qiáng)度比東麗公司T1100G、T2000更大、導(dǎo)電性能良好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，未來飛機(jī)的重量將會(huì)減輕不少，抗疲勞能力、部件導(dǎo)電性能也會(huì)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升一大截，人類離最終的航空航天夢(mèng)也會(huì)更近一步。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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