碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）具有高強(qiáng)度且質(zhì)輕的優(yōu)勢，適用于各種工程中，并廣泛地取代傳統(tǒng)材料。 CFRP在汽車、火車、飛機(jī)、運(yùn)動設(shè)備、風(fēng)車葉片和許多“輕量化”工程中得到廣泛應(yīng)用。
該領(lǐng)域的代表材料是石墨烯基復(fù)合材料。全球研究人員一直致力于開發(fā)適用于工業(yè)的石墨烯片材，這些薄片具有高強(qiáng)度和高韌性，適用于從車輛到光電子和神經(jīng)植入物的各種應(yīng)用。
北京航空航天大學(xué)教授Qunfeng Cheng表示：“然而，在石墨烯基復(fù)合材料可用于高性能應(yīng)用之前，需要改進(jìn)其機(jī)械和電氣性能。而我們開發(fā)的交聯(lián)石墨烯薄片，不含樹脂，可在低溫下制備，并且添加劑少于10％。"
Cheng和他的團(tuán)隊(duì)與Ray Baughman帶領(lǐng)的德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的合作者，已將該成果發(fā)表在PNAS雜志上。
Cheng指出：“這些石墨烯片材的強(qiáng)度與疊層碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度相當(dāng)，并且可以吸收更高的機(jī)械能量。”這一進(jìn)展為將廉價石墨烯片轉(zhuǎn)化為高性能無聚合物石墨烯片提供了一種方法，可用于開發(fā)下一代輕質(zhì)多功能材料。
與傳統(tǒng)制造石墨烯復(fù)合材料的方法不同，研究人員通過共價交聯(lián)劑制備交聯(lián)石墨烯片材。夾層鍵合在相鄰石墨烯層之間橋接，從而避免使用主體聚合物樹脂，成功獲得無聚合物的納米復(fù)合材料。
實(shí)驗(yàn)中，該研究團(tuán)隊(duì)表征了材料的拉伸強(qiáng)度、耐久性、電導(dǎo)率以及電磁干擾屏蔽效率，為納米級構(gòu)件之間的多種定量設(shè)計層狀納米復(fù)合材料開辟了道路。此外，該方法還消除了對聚合物基質(zhì)的需求。
該團(tuán)隊(duì)表示，的下一步目標(biāo)是開發(fā)不同交聯(lián)劑的高性能石墨烯薄片，以滿足特定應(yīng)用的要求，以及開發(fā)用于商業(yè)應(yīng)用的大規(guī)模生產(chǎn)制造工藝。
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