碳纤维复合材料由于重量轻、耐高温等特点,在航天航空等众多领域越来越受到垂青。最近,中国运载火箭技术研究院研发中心与哈尔滨工业大学共同研制出石墨烯纳米增强新型复合材料。该材料在传统碳纤维复合材料的基础上,力学性能提升了10%以上,开启了碳纤维复合材料新革命。

据项目负责人吴迪介绍,石墨烯纳米增强新型复合材料就是在碳纤维复合材料中增加纳米级的石墨烯,进一步提高碳纤维材料的韧性、强度、刚度等性能。与传统碳纤维复合材料相比,除了力学性能的提升,它还具有导电、电磁屏蔽和防潮防水等功能。

该材料的导电性能明显优于传统的复合材料,能够有效避免传统复合材料与金属材料连接的接触面上容易积累电荷产生电化学腐蚀的情况,可大幅提高产品的结构耐久性能;该新型复合材料具有很好的电磁屏蔽功能,可以用于制备仪器设备壳体,与传统金属材料壳体相比,既能保护内部电子元器件不被电磁辐射干扰,又能达到减重的效果;该材料还具有极强的疏水性能,可以用于制备防潮结构,提高产品的环境适应能力,为产品在潮湿环境下的长期贮存和提升耐久性提供支撑。

纳米增强复合材料结构作为颠覆性提升材料性能的重要途径,一直是近年来材料领域的研究热点。一般传统的做法是用碳纳米管作为增强结构,但这种方法存在许多技术瓶颈和局限性,最显著的问题就是碳纳米管具有较强的流动性,易产生“团聚”现象,材料均匀性较差,难以制成大尺寸的材料,而且材料质地比较脆,容易发生断裂。

该研发中心与哈工大联合研制的石墨烯纳米增强新型复合材料,是以氧化石墨烯为材料,制备出石墨烯海绵。这种石墨烯海绵具有三维生长性,彼此之间相互连接,能够非常均匀地与碳纤维复合材料进行融合。如果把石墨烯海绵比作人体的“骨架”,那么碳纤维复合材料就是“肌肉”,这两者之间是完全融合在一起的,因此材料的均匀性、一致性非常好。