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超强超韧高导电石墨烯复合薄膜有望取代碳纤维复合材料
时间:2018-06-12 10:12:33    来源:中国玻璃纤维复合材料信息网  

日前,北京航空航天大学程群峰教授课题组和美国得克萨斯大学达拉斯分校雷·鲍曼团队共同采用室温π-π共轭键和共价键有序交联策略,仿生构筑了超强、超韧、高导电的多功能石墨烯复合薄膜。这种廉价、低温的高性能多功能石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽车、柔性电子器件等领域具有广泛应用前景,并有望替代目前广泛应用的碳纤维复合材料。


  (单层石墨烯模型)

  据了解,轻质高强的碳纤维复合材料在日常生活中具有广泛的应用,尤其是在航空、航天、汽车以及运动器材等领域。

  然而,碳纤维复合材料在制备和使用时存在诸多缺点:合成碳纤维需要高温(超过2500摄氏度)石墨化,成本较高;由于较弱的界面作用,碳纤维与聚合物基体之间容易发生分层;碳纤维复合材料的电学性能较低,不能满足特殊应用需求。

  而新材料可在45摄氏度以下的室温进行制备,强度与碳纤维复合材料相当,成本更加低廉,易实现商业规模化制备。此外,这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍,韧性是后者的7.9倍。


  有序交联石墨烯薄膜的制备与表征

  程群峰介绍,该研究通过原位拉曼表征,从分子尺度揭示了π-π共轭键和共价键有序界面交联作用的强韧机制,为制备高性能石墨烯纳米复合材料提供了重要理论指导。同时,这种小分子有序交联的石墨烯复合薄膜还具有高导电性能、高电磁屏蔽性能,以及优异的抗腐蚀性能和耐疲劳性能。


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