在石墨烯、碳纳米管以新型复合材料等新材料的创新技术的驱动下,各大院校、机构以及科技公司对这些新材料展开了各种各样的深入研究。新材料能够很好的替代传统的金属材料和其他传统材料。例如就有说法称,硅时代即将结束,石墨烯将会带来一个全新的时代。

近日,美国莱斯大学的化学家James Tour与莱斯大学的材料科学家PulickelAjayan、RouzbehShahsavari,北京航空航天大学的研究人员合作研发出一款十分坚韧,并且导电性能优异的复合材料。这种材料主要由环氧树脂和石墨烯等一系列高分子聚合物复合而成。

中美科学家合作研制新型石墨烯导电复合材料,高强度成为亮点-复合材料网

该石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法与熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法等典型的石墨烯复合材料制备方法不同,它首先将碳源、聚丙烯晴、镍粉进行混合,利用冷压技术将材料压实,然后通过加热和化学处理去除镍,得到多孔的3D支架,最后利用真空将环氧树脂注入支架中。值得一提的是,研究人员将多壁碳纳米管作为增强材料混合到石墨烯泡沫中,这种做法使得复合得到的材料硬度比纯环氧树脂高出约17倍,电导率约为每厘米14西门子。

研究人员表示,该材料在未来的航空航天以及民用领域能够很好地代替目前所用的碳复合树脂。

其实,航空航天、汽车工业利用碳纤维复合材料制作部件已经不是什么新鲜事了。早在1950年,美国Wright-Patterson空军基地开始研究用人造丝制造碳纤维。到目前为止,美国很多大型的战斗机中碳纤维复合材料的使用比例已经大幅提升了,例如,第四代战斗力F-22采用了约24%的碳纤维复合材料,以及洛克希德·马丁公司在制造F-35战斗机时碳纤维复合材料多达35%。

中美科学家合作研制新型石墨烯导电复合材料,高强度成为亮点-复合材料网

要说碳纤维复合材料真正开始发展,就不得不提到日本东丽公司了,从1969年研制出高性能碳纤维后,产量一直处于世界首位,目前在航空航天领域应用比较出色的产品就是东丽的T1100G、T2000两种材料了,号称是世界上强度最高的碳纤维,其中T1100G的拉伸强度6.6Gpa, 虽然T2000还在研发中心,但是据说其强度可达到60GPa。此前,东丽旗下Carbon Magic公司在2017年就已经被波音公司认定为供应商,并于去年10月开始交付一级碳纤维复合材料结构零部件。

国内航空航天领域的碳纤维复合材料发展也是最近几年才发展起来的,不久前试飞成功的国产大飞机C919的碳纤维复合材料用到了12%,并且中俄正在研发的CR929所使用的碳纤维用量将会达到51%。

如果中美科学家本次研究出的这种石墨烯环氧树脂复合材料的强度比东丽公司T1100G、T2000更大、导电性能良好,并且能够实现量产,未来飞机的重量将会减轻不少,抗疲劳能力、部件导电性能也会在现有基础上提升一大截,人类离最终的航空航天梦也会更近一步。