美國(guó)和中國(guó)科學(xué)家研制的新型石墨烯導(dǎo)電復(fù)合材料ACS納米材料突出了其高強(qiáng)度

美國(guó)和中國(guó)科學(xué)家研制的新型石墨烯導(dǎo)電復(fù)合材料ACS納米材料突出了其高強(qiáng)度

在石墨烯、碳納米管等新型材料創(chuàng)新技術(shù)的推動(dòng)下，高校、事業(yè)單位和科技公司對(duì)這些新型材料進(jìn)行了各種深入的研究，新材料可以很好地替代傳統(tǒng)金屬材料和其他傳統(tǒng)材料，如硅隨著時(shí)代的終結(jié)，石墨烯將帶來(lái)一個(gè)新的時(shí)代。

近年來(lái)，萊斯大學(xué)的化學(xué)家詹姆斯·圖爾與萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家普里克爾·阿賈揚(yáng)、魯茲貝·沙沙薩瓦里、北京航空航天大學(xué)的軍樓、閻昭等合作，研制出了一種導(dǎo)電性能優(yōu)異的極硬復(fù)合材料，該材料主要由環(huán)氧樹(shù)脂和石墨烯組成。以及一系列聚合物。

石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法不同于熔融共混、溶液共混和原位聚合。首先將碳源、聚丙烯細(xì)粉和鎳粉混合，然后采用冷壓工藝將材料壓實(shí)，然后通過(guò)加熱和化學(xué)處理去除鎳，得到多孔的三維支架。最后，采用真空制環(huán)，將氧樹(shù)脂注射到支架中，值得注意的是，研究人員在石墨烯泡沫中混合了多壁碳納米管作為增強(qiáng)材料，使復(fù)合材料比純環(huán)氧樹(shù)脂高出17倍以上，電導(dǎo)率為每厘米14西門(mén)子。

研究人員說(shuō)，這種材料將是一個(gè)很好的替代碳復(fù)合樹(shù)脂目前在航空航天和民用應(yīng)用的未來(lái)。

事實(shí)上，使用碳纖維復(fù)合材料制造零部件對(duì)航空航天和汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō)并不是什么新鮮事。早在1950年，美國(guó)的賴(lài)特帕特森空軍基地就開(kāi)始研究人造絲制造碳纖維。到目前為止，碳纖維復(fù)合材料在許多大型戰(zhàn)斗機(jī)中所占的比例美國(guó)已經(jīng)大大增加了。例如，第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-22使用約24%的碳纖維復(fù)合材料，洛克希德馬丁公司在F-35戰(zhàn)斗機(jī)上制造高達(dá)35%的碳纖維復(fù)合材料。

要說(shuō)碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展才真正開(kāi)始，我們必須提到日本東麗公司。自1969年開(kāi)發(fā)高性能碳纖維以來(lái)，產(chǎn)量居世界第一。目前，航天領(lǐng)域的兩大優(yōu)秀產(chǎn)品是托雷的T1100G和T2000，被稱(chēng)為世界上強(qiáng)度最高的碳纖維。T1100g的抗張強(qiáng)度為6.6gpa，雖然T2000仍在研發(fā)中心，但據(jù)說(shuō)其強(qiáng)度高達(dá)60gpa，此前，Toray的Carbon Magic被波音公司認(rèn)定為供應(yīng)商，并于2017年10月開(kāi)始交付一流的碳纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)件。

碳纖維復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)航天領(lǐng)域的發(fā)展是近年來(lái)才開(kāi)始的。國(guó)內(nèi)C919飛機(jī)使用的碳纖維復(fù)合材料，最近成功試驗(yàn)，已達(dá)到12%，中國(guó)和俄羅斯正在開(kāi)發(fā)的CR929碳纖維消耗量將達(dá)到51%。

如果中美科學(xué)家研究的石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的強(qiáng)度大于Toray的T1100g和T2000，且導(dǎo)電性好，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，未來(lái)飛機(jī)的重量會(huì)減少，部件的抗疲勞性和導(dǎo)電性也會(huì)降低。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上大幅度提高，人類(lèi)將向終極航天夢(mèng)想邁進(jìn)一步。

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