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碳纤维复合材料新革命!哈工大等研制出石墨烯增强复合材料,力学性能提升10%以上
李明 2018-07-10
导语

该材料的成功研制,颠覆性地提高了现有复合材料的性能水平,为纳米增强复合材料技术研究开辟了新的途径,为未来航空航天飞行器轻质化设计奠定了材料基础。

近年来,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(以下简称“哈工大”)共同研制出“石墨烯纳米增强新型复合材料”,这个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。

图:石墨烯纳米增强新型复合材料

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,但是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。

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,增加了纳米级的石墨烯,进一步提高了碳纤维材料的韧性、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,它还具有以下几方面的优点:

▍导电性能好

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,大幅提高产品的结构耐久性能。

电磁屏蔽功能

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。

防潮防水功能

该材料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。

图:石墨烯纳米增强新型复合材料的微观结构

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。

该材料的成功研制,颠覆性地提高了现有复合材料的性能水平,为纳米增强复合材料技术研究开辟了新的途径,为未来航空航天飞行器轻质化设计奠定了材料基础。吴迪介绍,在这个材料的研制过程中,运载火箭研究院研发中心主要负责前期的仿真设计,哈工大主要负责材料的制备。该材料的成功研制,颠覆性地提高了现有复合材料的性能水平,为纳米增强复合材料技术研究开辟了新的途径,为未来航空航天飞行器轻质化设计奠定了材料基础。

(本文来源:中国运载火箭技术研究院;)

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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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