近年來，碳纖維復(fù)合材料由于重量輕、耐高溫等特點(diǎn)，在航天航空等眾多領(lǐng)域越來越受到垂青。最近，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研發(fā)中心與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“哈工大”）共同研制出“石墨烯納米增強(qiáng)新型復(fù)合材料”，這個材料在傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，力學(xué)性能提升了10%以上，開啟了碳纖維復(fù)合材料新革命。

△ 石墨烯納米增強(qiáng)新型復(fù)合材料

    據(jù)項目負(fù)責(zé)人吳迪介紹，石墨烯納米增強(qiáng)新型復(fù)合材料，就是在碳纖維復(fù)合材料中，增加了納米級的石墨烯，進(jìn)一步提高了碳纖維材料的韌性、強(qiáng)度、剛度等性能。

    與傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合材料相比，除了力學(xué)性能的提升，它還具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

    導(dǎo)電性能好。該材料的導(dǎo)電性能，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的復(fù)合材料，能夠有效避免傳統(tǒng)復(fù)合材料與金屬材料連接的接觸面上，容易積累電荷產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的情況，大幅提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)耐久性能。

    電磁屏蔽功能。該新型復(fù)合材料具有很好的電磁屏蔽功能，可以用于制備儀器設(shè)備殼體，與傳統(tǒng)金屬材料殼體相比，既能保護(hù)內(nèi)部電子元器件不被電磁輻射干擾，又能達(dá)到減重的效果。

    防潮防水功能。該材料具有極強(qiáng)的疏水性能，可以用于制備防潮結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力，為產(chǎn)品在潮濕環(huán)境下的長期貯存和提升耐久性提供支撐。

△ 石墨烯納米增強(qiáng)新型復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)

    納米增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)作為顛覆性提升材料性能的重要途徑，一直是近年來材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。一般傳統(tǒng)的做法是用碳納米管作為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，但是這種方法存在許多技術(shù)瓶頸和局限性，最顯著的問題就是碳納米管具有較強(qiáng)的流動性，易產(chǎn)生“團(tuán)聚”現(xiàn)象，材料均勻性較差，難以制成大尺寸的材料，而且材料質(zhì)地比較脆，容易發(fā)生斷裂。

    研發(fā)中心與哈工大聯(lián)合研制的石墨烯納米增強(qiáng)新型復(fù)合材料，是以氧化石墨烯為材料，制備出石墨烯海綿，這種石墨烯海綿具有三維生長性，彼此之間相互連接，能夠非常均勻地與碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行融合。如果把石墨烯海綿比作人體的“骨架”，那么碳纖維復(fù)合材料就是“肌肉”，這兩者之間是完全融合在一起的，因此材料的均勻性、一致性非常好。

    吳迪介紹，在這個材料的研制過程中，研發(fā)中心主要負(fù)責(zé)前期的仿真設(shè)計，哈工大主要負(fù)責(zé)材料的制備。該材料的成功研制，顛覆性地提高了現(xiàn)有復(fù)合材料的性能水平，為納米增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)研究開辟了新的途徑，為未來航空航天飛行器輕質(zhì)化設(shè)計奠定了材料基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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