Liz Nickels目前的研I着g使用“奇qҎ(gu)料”石墨烯以改q纤l增强塑料?br />
矛_烯是q原子单层制成的材料，由安L(fng)?姆(Andrew Geim)和康斯坦丁?诺沃肖洛?Kostya Novoselov)两位教授首先通过实验发现Qƈ?010q获得诺贝尔物理学奖。对于很多h来说Q这真的是一个奇qҎ(gu)料——它比钢要坚?00?比铜导电(sh)更好;且据说有人类已知最高的导热率。石墨烯最令h兴奋的一个特性是极其的薄——只有一个原子厚的石墨烯是hcd发直径的百万分之一。尽新材料已在各个领域中创C用，但这q不奇怪——其强度和轻薄的Ҏ(gu)，已经令研Ih员找出方法来提高U维的性能Q尤其是纤l增强塑料?br />
2013q_(d)Ƨ盟委员?EC)投资10亿欧元，启动“石墨烯旗舰计划”新目Q提Z未来10q石墨烯的宏图，旨在把石墨烯?qing)相x术从实验室推q到q泛的各cd业应用当中。目前，核心联盟?3个国家的142个学术和工业研究团队l成?br />
一个寻求欧盟资助的目Q由英国桑d兰大学在2014q成立，目的是利用石墨烯开发更轅R更强、更节能、更安全的R辆，据报道“可能彻底改变全球的汽R工业”?br />
寸的稳定?/strong>
桑d兰大学与来自意大利、西班牙和d国的{五个研I机构联盟合作，共同成ؓ(f)iGCAuto目的合作伙伴。该目集中于分析新的基于石墨烯的聚合物材料的属性，以确定它在用于改善汽车生产中所使用的先q复合材料的作用Q特别是关于强度、尺寸稳定性和耐久性?br />
该项目的提案为Ahmed Elmarakbi教授Q他是桑德兰大学汽R工程车辆p计、工E和技术教授。“石墨烯在汽车工业有很大的应用空_(d)用它来增强汽车用复合材料具有巨大潜力。”他_(d)“目前全球汽车行业面临着巨大的挑战，比如二氧化碳排放和安全问题。?br />
该项目将探讨使用Z矛_烯的材料在不同的聚合物基U米复合材料的制备。这U材料将提供诸多好处Q例如更强大的强度、尺寸稳定性、更好的热力学性能和阻燃性能(zL阻燃剂和减燃烧烟?Q以?qing)优异的耐久性。Elmarakbi 教授补充_(d)(x)“这个项目面临着挑战;光题不仅是生以石墨烯为基的品，而且包括把它们应用于一个大型的汽R上。”?br />
复合材料飞机
最q，?016q?月，马斯辑ְU学技术学?Masdar Institute)和英国曼L特大学推Z一合作研I计划，内容以包括了矛_烯和二维材料为特艌Ӏ?
中一个项目将늛低密度以矛_烯ؓ(f)基础的纳c_合材料沫的工程应用Q包括能源领域。该计划q将审视一下基于石墨烯的复合飞机机可以多大幅度减重量，减少雷击损坏的不利媄(jing)响，?qing)提高燃料的效率和范围。曼L特大学认为，主要部gZ矛_烯的复合材料可能很快被用于徏{、运输或航空航天{行业中。石墨烯复合材料和涂料也可以提高滑雪、自行R{的q动装备Q甚臛_不久的将来用于一U方E式赛R?br />
“石墨烯h大范围领域应用的巨大潜力Q我们很高兴能与马斯辑ְU学技术研I在这些重要的领域展开研究合作。”曼L特大学石墨烯业务ȝJames Baker_(d)“曼L特大学有235多名研究人员致力于石墨烯的二l材料的研究Q通过与马斯达?dng)的合作有许多Z(x)q行q一步的研究。?br />
耐冲?yn)L?/strong>
总部位于英国的石墨烯和纳cx料制造商Haydale Composite Solutions(HCS)已经利用矛_烯来提高纤l复合材料的性能?
Haydale 与一些最l用户合作，包括ZMono 跑R的BAC 汽R公司
最q，HCS与SHD复合材料有限公司合作Q采用亨斯迈先进材料环氧?wi)脂推出了三个新的石墨烯增强纤l预料。这些品包括结构成分碳U维预浸?能够用于高压釜加工处理的复合部g生的原型低压固化碳U维模具预浸料，以及(qing)更高工作温度、用于精加工的预浸料?br />
该公司希望加入石墨烯U米材料后，能够增加纤l增强环氧树(wi)脂部件的抗冲?yn)L能和压~性能。这可以使设计h员开发出更轻、更高效的碳U维增强环氧?wi)脂l构Q其中抗冲击是设计考虑的主要因素。这个新的预料的应用领域包括航I天、汽车和体育用品Q如自行车框架、钓鱼竿和赛艇?br />
Ҏ(gu)Haydale的报告，更高工作温度的预料Q也有助于生成具有更高热传导性的工具pȝQ减回式V提高精度，q改善表面光z度与硬度，h更好的耐冲?yn)L，增加微裂U的抉|力，从而超了现有的预料?br />
目前新的矛_烯增强预料正在q行评估中，对原型品感兴趣的公司可其应用在特定的领域?br />
“它h真正改变复合材料行业游戏规则的潜力。”HCS的商业ȝNigel Finney _(d)“我们对矛_烯增强碳U维环氧?wi)脂预浸料的l构热性能和机械性能的显著改善感到非常兴奋，q期待着q一步开发出C代的纤l环氧预材料。我们相信，我们已经处在Z矛_烯聚合物U米复合材料的一个全新系列的边缘Q它们有着令hȀ动和独特的性能。我们认是复合材料市场最感兴ƈ一直在L的增强性能。?br />
化学性能
该公司还与多安先的?wi)脂公司以?qing)一些最l用戯行合作， 包括Alex Thomson帆船比赛?0英尺纤l增强HUGO BOSS赛艇的制造者和ZMono跑R的BAC(Briggs Automotive Company)汽R公司Q从而开发复合材料的应用领域。公司董事ȝ理Gerry Boyce表示Q根据不同的应用Q石墨烯可以与玻璃或行合。“一旦我们将矛_烯加入到?wi)脂Q我们可以描q出增强?wi)脂达到怎样的性能Q因为我们是复合工程师，我们理解一个新的石墨烯增强?wi)脂会(x)对整个复合材料的?jing)响。”他寏V增强塑料》表C：(x)“一旦你把石墨烯d到碳U维中，我们可以看到?wi)脂的机械性能有了相当大的增加Q尽这些增加ƈ不是那么明显。但是，对复合工作师而言其差异已_巨大了。?
Haydale 正在q行的课题之一是解决雷击问题?br />
例如Q公司已l看到冲M后的压羃强度增加?0%Q这是一个飞机结构的主要设计标准。这意味着能够利用矛_来增强结构，实现更薄、更轅R更低成本结构?br />
Haydale正在q行的课题之一Q是解决雷击问题。“在q项应用中，通过采用我们的石墨烯复合材料Q我们希望n材料实现更多的导甉|能Q避免铜|的使用。”Gerry解释_(d)(x)“通过开发更多的导电(sh)?wi)脂Q我们也许可以对构成飞机内部l构的一些材料做些调_(d)如电(sh)脑外壛_舱内l构Q那些不像主要结构那样需要大量测试的部位。。?br />
公司已经设计了一个系l，由此矛_烯粉末入树(wi)脂从而创Z个母料。这令加载材料到了非帔R的浓度，例如按重量计25%Q从而之几乎像p状或糖。Gerry_(d)(x)“随后可以稀释到Ҏ(gu)所需机械性能的适当的浓度。?br />
目前Q公怸要集中在环氧?wi)脂上。“然而，毋庸讌Q我们正在不断接q那些想要用聚氨酯和聚酯的公司Q但目前我们主要专注于环氧树(wi)脂。”他指出。石墨烯和树(wi)脂的混合Q可以用三辊蝾机或剪切混合机，如桨式面板搅拌机。第三种Ҏ(gu)是用离心机q行“快速合”?br />
导热pL
除了耐冲?yn)L，矛_烯还可以增加q面内剪切，Gerry说。“但Ҏ(gu)们而言Q感兴趣的主要领域是提高?sh)力和热学特性，但不损害其他Ҏ(gu)，如机械性能。”他补充道，“所以，我们的目标是获得脂树(wi)导热pL的六倍，应用在那些需要热量快速进出的l构中。ƈ与电(sh)一P(x)如果你可以增加材料的늣q扰(EMI)、电(sh)兼?EMC)和抗静电(sh)?qing)导甉|，那么你可以将其应用到有趣的结构市ZQ如计算机外壟뀁防护罩{。?br />
aydale 公司通过其HDPlas d工艺q行矛_E表面的功能化?br />
该公司关注的其它Ҏ(gu)包括改q树(wi)脂的ȝ化{变温度，以便材料能够在稍E偏高的温度也可以理惛_操作Q同时公司将能够控制?wi)脂的收~，通过其从液体变ؓ(f)Z时减材料容U的变化量。“如果我们可以通过d矛_烯来减少?wi)就脂的膨胀pLQ其更接近ȝ或碳的膨胀pLQ那么在加热和冷却过E中Q材料的应力׃(x)减小。”Gerry表示?br />
大量需?/strong>
总部讑֜国俄亥俄州Dayton的Angstron公司Q是世界上最大的矛_烯纳cx料生产商。Angstron原材料的生能力Q其能够满众多复合应用的大量需求，q能提供规模l济的石墨烯材料。事实上Q公司创始h之一的Bor Jang博士Q是早在2002q就甌了世界上W一个专利生产纯净矛_烯的人。公司商业开发和工程副总裁Ian Fuller向《增强塑料》谈刎ͼ该公怋用石墨烯作ؓ(f)U米复合材料的填充物?br />
“在AngstronQ我们有复杂的专业知识和设施允许我们制定、鉴定，q生产各U各L(fng)矛_烯增强复合材料。”他_(d)“有了石墨烯生技术诀H，再加上合和应用l验Q得Angstron在许多行业领域，能够充分利用矛_烯的昄Ҏ(gu)，实现一定的规模生和h(hun)位优ѝ?br />
矛_烯可以作为纳c_合材料中的多功能填料。通过调整所使用矛_烯的U类、浓度、加工条件及(qing)其他协同填料的掺入，能够有选择性地实现用户希望在最l纳c_合材料中所的属性。Ian表示。石墨烯h独特的属性，你可以利用石墨烯U米复合材料的各U性能特点Q如?sh)?或热导率、机械增强、阻隔性能、透明度等{。他_(d)(x)“石墨烯是一U低密度填料Q可以有效地实现pȝ轻量化的要求。?br />
据报告有几种Ҏ(gu)Q可以在聚合物中复合矛_烯。“理想的加工Ҏ(gu)是取决于你正在用石墨烯的类型、聚合物的标准加工参敎ͼ以及(qing)最l性能Q你x实现的目标。”Ian补充_(d)(x)“热塑性纳c_合材料的通常是熔融合或原位聚合的，而石墨烯可通过几种技术分散到热固性塑料中。?Ian认ؓ(f)Q要在复合材料中实现所需的蝲hq_均匀性，实现矛_烯材料的全面性能改进是关键。石墨烯加蝲到母料的配方在很大程度上取决于最l用途。在某些情况下，矛_烯是唯一d到聚合物中的填料。在其他情况下，其他填料可以提供协同作用Qƈ被纳入?br />
Ian解释_(d)矛_烯纳c_合材料的可在使用传统聚合材料的几乎所有应用中使用。“在一些情况下Q石墨烯可以作ؓ(f)其他填充pȝ的替代材料，q提供额外的增强性能。”他表示Q“我们正在与我们的合作伙伴和客户合作Q开发石墨烯U米复合材料更多的应用领域，包括d剂制造、生物医学、电(sh)子、汽车、航I天、消费品{等。?
