石墨烯納米增強新型復合材料

納米增強復合材料結構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域的研究熱點。一般傳統的做法是用碳納米管作為增強結構，但是這種方法存在許多技術瓶頸和局限性，最顯著的問題就是碳納米管具有較強的流動性，易產生“團聚”現象，材料均勻性較差，難以制成大尺寸的材料，而且材料質地比較脆，容易發生斷裂。

據項目負責人吳迪介紹，石墨烯納米增強新型復合材料，就是在碳纖維復合材料中，增加了納米級的石墨烯，進一步提高了碳纖維材料的韌性、強度、剛度等性能。與傳統碳纖維復合材料相比，除了力學性能的提升，它還具有以下幾方面的優點：

• 導電性能好：該材料的導電性能，明顯優于傳統的復合材料，能夠有效避免傳統復合材料與金屬材料連接的接觸面上，容易積累電荷產生電化學腐蝕的情況，大幅提高產品的結構耐久性能。

• 電磁屏蔽功能：該新型復合材料具有很好的電磁屏蔽功能，可以用于制備儀器設備殼體，與傳統金屬材料殼體相比，既能保護內部電子元器件不被電磁輻射干擾，又能達到減重的效果。

• 防潮防水功能：該材料具有極強的疏水性能，可以用于制備防潮結構，提高產品的環境適應能力，為產品在潮濕環境下的長期貯存和提升耐久性提供支撐。

石墨烯納米增強新型復合材料的微觀結構

這種石墨烯納米增強新型復合材料，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合材料進行融合。

在這個材料的研制過程中，運載火箭研究院研發中心主要負責前期的仿真設計，哈工大主要負責材料的制備。該材料的成功研制，顛覆性地提高了現有復合材料的性能水平，為納米增強復合材料技術研究開辟了新的途徑，為未來航空航天飛行器輕質化設計奠定了材料基礎。

可以看出，這是一種典型的三元復合材料，其中石墨烯海綿相當于骨骼，碳纖維相當于肌肉纖維，而樹脂則相當于結締組織。從顯微圖可以看出，這種材料的結構是在三維尺度上縱橫交錯高度融合的，因此它擁有比碳纖維復合材料更好的力學和理化性能是應有之義。

這種材料目前的問題是產業化，因為如何以量產的規模和效率實現石墨烯海綿的高質量三維生長及其與碳纖維-樹脂復合材料的高度融合，對于任何一個國家來說都是極大的挑戰，因此這種材料的小批量應用可能很快就會開始，但是真正實現產業化還有一段較長的路要走。另外這種材料的生產工藝特殊，成本高昂，因此在可預見的將來并無民用化的可能性。而且說實話民用的場合不需要，也用不起。