（Nanowerk Spotlight）碳纖維增強塑料（CFRP）複合材料憑藉其優異的強度和低比重性能，適用於各種工程應用，並且越來越多地取代傳統材料。CFRP可以在汽車，火車，飛機，運動設備，風車葉片和許多其他“輕量化”是工程重要方面的應用中找到。
該領域特別感興趣的是石墨烯基複合材料。全球研究團隊正致力於開發工業上可製造的石墨烯薄片，這些薄片在所有薄片方向上具有高強度和高韌性，適用於各種應用，從車輛到光電子和神經植入物。
“然而，在廉價石墨烯基複合材料可用於高性能應用之前，需要改進機械和電氣性能，” 北京北京航空航天大學教教授表示說。“今天，常見的工程解決方案是基於需要高溫固化的聚合物樹脂中的交叉層疊碳纖維。相反，我們已經展示了可由石墨烯薄片製造的交聯石墨烯薄片，其不含樹脂，可在低溫，並含有少於10重量％的添加劑。
順序橋連石墨烯片的製備和結構表徵。
（A）通過過濾將GO血小板組裝成GO片，然後將PCO滲入GO片並使用UV輻射聚合。接下來，使用HI減少GO-PCO。之後，PSE和AP依次滲透到片材中，導致其形成PSEAP分子的反應，PSEAP分子能夠在rGO層上π鍵合。
“這些石墨烯片材在所有面內方向上的強度都與疊層碳纖維複合材料的強度相當，並且它們在失效之前可以吸收更高的機械能量，而不是目前用於各種商業產品中的碳纖維複合材料。”教授指出。“今天的碳纖維複合材料價格昂貴，部分原因是碳纖維生產的溫度極高，可能超過2500攝氏度，相反，我們的工藝可以使用廉價地從地下挖出並在低於45攝氏度“。
這一進展為將廉價石墨烯片轉化為高性能無聚合物石墨烯片提供了一種通用戰略，用於開發下一代輕質多功能材料。
這些石墨烯片可能會替代工業工程中使用的昂貴的CFRP纖維複合材料，以及在日益流行的柔性電子產品中的新應用。
與製造石墨烯複合材料的傳統方法不同，石墨烯片材在主體聚合物中均勻分層，研究人員通過連續使用π-π和共價交聯劑製造了交聯石墨烯片材。夾層間鍵合在相鄰石墨烯層之間提供橋接，從而不需要主體聚合物樹脂，從而產生無聚合物的納米複合材料。
在他們的實驗中，團隊展示了拉伸強度，耐久性，電導率和電磁干擾屏蔽效率的同時增強，從而為使用納米級構件之間的多種定量工程化學鍵設計層狀納米複合材料開闢了道路。這種方法消除了對聚合物基質的需求。
“我們對天然珍珠母很感興趣，也被稱為珍珠母，它賦予貝殼更高的斷裂韌性，”教授解釋了這項工作的靈感。“珍珠層由平行的薄片組成，這些薄片通過有機材料的薄層結合在一起，類似於通過砂漿粘在一起的磚牆。受珍珠母的啟發，我們開發了多種界面橋接策略，用於設計使用多種類型的層狀納米複合材料納米級積木之間的定量工程化學鍵“。
他補充說，具有含氧基團和sp 2共軛區域的氧化石墨烯薄片為共價鍵和π-π鍵合劑提供了豐富的鍵合位點。
該團隊的下一步工作是開發使用不同交聯劑的高性能石墨烯薄片，這將滿足特定應用（如結構和電子應用）的要求。另一個目標是開發用於商業應用的大規模生產的製造工藝。
“在各種應用中尋找在所有紙張方向上具有高強度和高韌性的可製造紙張是一個持續的挑戰，”教授總結說。“此外，具有高電磁干擾屏蔽效能，智能分離，機械適應性或自愈性等的多功能納米複合材料將受到強烈的需求。目前，主要挑戰是如何找到一種生產高性能大規模商業應用的石墨烯納米複合材料“。
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