Liz Nickels現階段的科學研究緊緊圍繞應用“驚喜原材料”石墨烯以改善化學纖維增強塑膠。

石墨烯是由氧原子單面做成的原材料，由安德烈? 布拉肯(Andrew Geim)和康斯坦丁? 諾沃肖洛夫(Kostya Novoselov)倆位專家教授最先根據試驗發覺，并在2010年得到諾貝爾物理學獎。針對很多人而言，這真的是一個驚喜原材料――它比鋼要堅毅200倍;比銅導電性更強;且聽說有人們已經知道最大的導熱率。石墨烯最令人激動的一個特性是極為的薄――只有一個分子厚的石墨烯是人們頭發直徑的百萬分之一。雖然新型材料已在各行各業中自主創新應用，但這并不怪異――其抗壓強度和輕巧的特性，早已令科學研究工作人員找到方式來提升化學纖維的性能，尤其是碳纖維材料增強塑膠。

2013年，歐洲委員會(EC)項目投資十億英鎊，起動“石墨烯旗艦級方案”最新項目，明確提出了將來十年石墨烯的鴻圖，致力于把石墨烯及有關技術性從試驗室營銷推廣到普遍的各種工業生產運用之中。現階段，關鍵同盟由23個我國的142個學術研究和工業生產科學研究精英團隊構成。

一個尋找歐盟國家支助的新項目，由美國桑德蘭大學在2014年創立，目地是運用石墨烯開發設計更輕、更強、更環保節能、更安全性的車子，據報道“很有可能改變全世界的汽車產業”。

規格的可靠性

桑德蘭大學與來源于西班牙、意大利和法國的等五個科學研究組織同盟協作，一同變成iGCAuto新項目的合作方。該新項目集中化于剖析新的根據石墨烯的高聚物原材料的特性，以明確它在用以改進轎車生產制造中所應用的優秀復合材料的功效，尤其是有關抗壓強度、規格可靠性和使用性能。

此項目地提議為Ahmed Elmarakbi專家教授，他是桑德蘭大學轎車工程機械系測算、工程項目和技術性專家教授。“石墨烯在汽車產業有非常大的運用室內空間，用它來增強轎車用復合材料將具備極大發展潛力。”他說道，“現階段全世界汽車制造業遭遇著極大的挑戰，例如二氧化碳排污和安全隱患。”

該新項目將討論應用根據石墨烯的原材料在不一樣的高聚物基納米技術復合材料的制取。這類原材料將出示眾多益處，比如更強勁的抗壓強度、規格可靠性、更強的熱學性能和阻燃性性能(特異性無鹵阻燃劑和降低點燃濃煙)，及其出色的使用性能。Elmarakbi 專家教授填補說：“這一新項目遭遇著挑戰;其難題不但是生產制造以石墨烯為基本的商品，并且包含把他們運用于一個大中型的車上。”。

復合材料飛機場

近期，在2016年1月，馬斯達爾科技進步學校(Masdar Institute)和英國曼徹斯特大學發布了一項協作研究目標，內容以包含了石墨烯和二維材料為特點。

圖1：2016 年1 月，馬斯達爾科技進步學校和英國曼徹斯特大學發布了一個研究目標，內容以包含石墨烯和二維材料新項目為特點。

中一個新項目將包含密度低以石墨烯為基本的納米技術復合材料泡沫塑料的工程項目運用，包含電力能源行業。該方案還將思考一下根據石墨烯的復合型飛機機翼能夠多大幅降低凈重，降低遭雷擊毀壞的不好危害，及提升然料的高效率和范疇。曼徹斯特學校覺得，關鍵構件根據石墨烯的復合材料很有可能迅速被用以工程建筑、運送或航天航空等領域中。石墨烯復合材料和建筑涂料還可以提升滑冰、單車等的運動產品，乃至在沒多久的未來用以一級競速賽車。

“石墨烯具備大范疇行業運用的極大發展潛力，大家很高興能與馬斯達爾科技進步研究所在這種關鍵的行業進行科學研究協作。”曼徹斯特學校石墨烯業務流程主管James Baker說，“曼徹斯特學校有235多位科學研究工作人員著眼于石墨烯的二維材料的科學研究，根據與馬斯達爾的協作將有很多機遇開展進一步的科學研究。”

抗沖擊性

總公司坐落于美國的石墨烯和納米復合材料生產商Haydale Composite Solutions(HCS)早已運用石墨烯來提升碳纖維材料復合材料的性能。

圖2：Haydale 與一些終端用戶協作，包含生產Mono 超級跑車的BAC 汽車集團。

近期，HCS與SHD復合材料有限責任公司協作，選用亨斯邁先進材料環氧樹脂膠發布了三個新的石墨烯增強碳纖維材料預浸料。這種商品包含構造成份碳纖維材料預浸料;可以用以高壓反應釜生產加工解決的復合型構件生產制造的原形底壓干固碳纖維材料模貝預浸料，及其高些操作溫度、用以精準生產加工的預浸料。

該企業期待添加石墨烯納米復合材料后，可以提升碳纖維材料增強環氧樹脂膠構件的耐沖擊性能和縮小性能。這能夠使設計方案工作人員開發設計出更加輕、更高效率的碳纖維材料增強環氧樹脂膠構造，在其中耐沖擊是設計方案考慮到的關鍵要素。這一新的預浸料的主要用途包含航天航空、轎車和文體用品，如單車架構、魚桿和皮劃艇。

依據Haydale的匯報，高些操作溫度的預浸料，也有利于形成具備更高燒傳導性耳聾的專用工具系統軟件，降低回彈力、提升精密度，并改進表層光滑度與強度，具備更強的抗沖擊性，提升微裂痕的抵抗能力，進而超過了目前的預浸料。

現階段新的石墨烯增強預浸料已經開展評定中，對原形商品很感興趣的企業可將其運用在特殊的行業。

“它具備真實更改復合材料領域游戲的規則的發展潛力。”HCS的商業服務主管Nigel Finney 說，“大家對石墨烯增強碳纖維材料環氧樹脂膠預浸料的構造熱性能和機械設備性能的明顯改進覺得十分激動，并希望著進一步開發設計更新一代的碳纖維材料環氧樹脂預浸原材料。大家堅信，大家早已處于根據石墨烯高聚物納米技術復合材料的一個全新升級系列產品的邊沿，他們擁有 激動人心和與眾不同的性能。大家覺得它是復合材料銷售市場最很感興趣并一直在找尋的增強性能。”

有機化學性能

該企業還與好幾家領跑的環氧樹脂企業及其一些終端用戶開展協作， 包含Alex Thomson帆船賽、60英尺碳纖維材料增強HUGO BOSS皮劃艇的制作者和生產Mono超級跑車的BAC(Briggs Automotive Company)汽車集團，進而開發設計復合材料的主要用途。企業董事總經理Gerry Boyce表明，依據不一樣的運用，石墨烯能夠與夾層玻璃或碳開展混和。“一旦大家將石墨烯添加到環氧樹脂，我們可以敘述出增強環氧樹脂將做到如何的性能，由于我們都是復合型技術工程師，大家了解一個新的石墨烯增強環氧樹脂會對全部復合材料的危害。”他對《增強塑料》表明：“一旦你將石墨烯加上到碳纖維材料中，我們可以見到環氧樹脂的機械設備性能擁有非常大的提升，雖然這種提升并并不是那麼顯著。可是，對復合型工作中師來講其差別已充足極大了。”

圖3：Haydale 已經開展的課題研究之一是處理遭雷擊難題。

比如，企業早已見到沖擊性以后的縮小抗壓強度提升了50%，這是一個飛機結構的關鍵設計規范。這代表著可以運用高純石墨來增強構造，完成更薄、更輕、更降低成本構造。

Haydale已經開展的課題研究之一，是處理遭雷擊(圖3)難題。“在此項運用中，根據選用大家的石墨烯復合材料，大家期待使外殼原材料完成大量的導電性性能，防止銅絲網的應用。”Gerry表述說：“根據開發設計大量的導電性環氧樹脂，大家或許能夠對組成飛機場內部構造的一些原材料做些調節，如電腦上機殼和倉內構造，這些不象關鍵構造那般必須很多檢測的位置。。”

企業早已設計方案了一個系統軟件，從而石墨烯粉末狀滲入環氧樹脂進而建立一個母粒。這令載入原材料到十分高的濃度值，比如按重量計25%，進而使之基本上像粘稠或糖槳。Gerry說：“接著能夠稀釋液到依據所需機械設備性能的適度的濃度值。”

現階段，企業關鍵集中化在環氧樹脂膠上。“殊不知，無可置疑，大家已經持續貼近這些要想應用聚氨酯材料和聚脂的企業，但現階段大家關鍵致力于環氧樹脂膠。”他強調。石墨烯和環氧樹脂的混和，能夠應用三輥擠壓機或裁切混料機，如槳式控制面板攪拌器。第三種方式是應用離心脫水機開展“迅速混和”。

傳熱系數

除開抗沖擊性，石墨烯還能夠提升平面圖內裁切，Gerry說。“但對大家來講，很感興趣的關鍵行業是提升電力工程和熱力學特性，但不危害別的特性，如機械設備性能。”他填補道，“因此 ，大家的總體目標是得到脂樹傳熱系數的六倍，運用在這些必須發熱量迅速出入的構造中。并與電一樣：假如你能提升原材料的干擾信號(EMI)、電磁兼容測試(EMC)和防靜電及導電率，那麼你能將其運用到趣味的構造銷售市場中，如電子計算機機殼、保護罩等。”

圖4：aydale 企業根據其HDPlas 正離子加工工藝開展石墨稀表層的功能性。

該企業關心的其他特性包含改善環氧樹脂的玻璃化變化溫度，便于原材料可以在稍微較高的溫度還可以理想化地實際操作，另外企業將可以操縱環氧樹脂的收攏，根據其從液體變成固態時降低原材料容量的變化量。“如果我們能夠根據加上石墨烯來降低樹就脂的熱膨脹系數，使其更貼近夾層玻璃或碳的熱膨脹系數，那麼在加溫和制冷全過程中，原材料的地應力便會減少。”Gerry表明。

很多要求

總公司建在英國直播盒子Dayton的Angstron企業，是世界最大的石墨烯納米復合材料制造商。Angstron原料的生產量，使其可以考慮諸多復合型運用的很多要求，并能出示規模效應的石墨烯原材料。實際上，企業創辦人之一的Bor Jang博士研究生，是早就在2002年就申請辦理了全世界第一個專利權生產制造純粹石墨烯的人。企業商業服務開發設計和工程項目高級副總裁Ian Fuller向《增強塑料》提到，該企業應用石墨烯做為納米技術復合材料的填充料。

“在Angstron，大家有繁雜的專業技能和設備容許大家制訂、評定，并生產制造各式各樣的石墨烯增強復合材料。”他說道，“擁有石墨烯生產工藝技巧，再再加上混和和運用工作經驗，促使Angstron在很多行業領域，可以靈活運用石墨烯的明顯特性，完成一定的經營規模生產制造和價格優點。”

石墨烯能夠做為納米技術復合材料中的智能填充料。根據調節所應用石墨烯的類型、濃度值、生產加工標準以及他協作填充料的摻加，可以有可選擇性地完成客戶期待在最后納米技術復合材料中所注重的特性。Ian表示。石墨烯具備與眾不同的特性，你能運用石墨烯納米技術復合材料的各種各樣性能特性，如電和/或導熱系數、機械設備增強、隔絕性能、清晰度這些。他注重說：“石墨烯是一種密度低填充料，能夠合理地完成系統軟件汽車輕量化的規定。”

據匯報有幾種方式，能夠在高聚物中復合型石墨烯。“理想化的生產加工方式是在于你已經應用石墨烯的種類、高聚物的規范生產加工主要參數，及其最后性能，你即所完成的總體目標。”Ian填補說：“熱固性納米技術復合材料的一般 是熔化混和或原點匯聚的，而石墨烯可根據幾類技術性分散化到聚氨酯彈性體中。” Ian覺得，要在復合材料中完成需要的荷載水準和勻稱性，完成石墨烯原材料的全方位性能改善是重要。石墨烯載入到母粒的秘方在非常大水平上在于最后主要用途。在一些狀況下，石墨烯是唯一加上到高聚物中的填充料。在別的狀況下，別的填充料能夠出示協同效應，并被列入。

Ian表述說，石墨烯納米技術復合材料的可在應用傳統式匯聚原材料的基本上全部運用中應用。“在一些狀況下，石墨烯能夠做為別的添充系統軟件的取代原材料，并出示附加的增強性能。”他表明，“大家已經與大家的合作方和顧客協作，開發設計石墨烯納米技術復合材料大量的主要用途，包含防腐劑生產制造、生物醫學工程、電子器件、轎車、航天航空、日用品這些。”

來源于：榮格