为什么要在复合材料中添加石墨烯？

复合材料是材料创新的核心。自史前时代起，工程师们就开始尝试新颖的材料混合物，混凝土就是最好的例子。这种土质材料的初级混合在现代社会中仍然发挥着作用。然而，复合材料制造科学如今已占据材料科学的前沿，特别是在石墨烯添加剂的应用方面。

石墨烯在 2004 年首次被分离出来时，就有望在各个领域得到革命性的应用。这种世界上第一种真正意义上的二维材料由单层碳原子组成，呈二维蜂窝状晶格排列，具有优异的强度、导电性和柔韧性。但是，制造商们却难以兑现这一承诺。

这种材料的商业化问题已被广泛报道，但可以概括为可扩展性问题。相反，复合材料制造则是石墨烯发展的一个比较成功的案例。

将石墨烯粉末作为添加剂添加到现有材料中，可为现实世界带来许多好处。研究人员认为，石墨烯复合材料可能是石墨烯材料的第一个真正突破性应用。

复合材料简介

石墨烯复合材料是将石墨烯融入主材料中制成的。这可以改善材料的基本特性，如抗拉强度。这些主材料包括聚合物、金属、陶瓷。

这些特性还取决于石墨烯复合材料的表面积。

加入过程的性质因主体材料、制造管道和最终用途而异。不过，将石墨烯粉末引入复合基体的几种常见方法包括

• 机械混合：这种方法是通过机械搅拌或超声波处理将石墨烯与基体材料直接混合。其难点在于如何使石墨烯在基体中均匀分散。这样才能确保石墨烯的特性有效转移到复合材料中。
• 原位聚合：在这种方法中，石墨烯会在聚合之前分散在单体溶液中。这种材料的存在可作为聚合的成核点。这种方法可以得到石墨烯在聚合物基质中充分分散的复合材料。
• 溶液混合：这包括将石墨烯和聚合物溶解在一种普通溶剂中。然后除去溶剂，留下复合材料。
• 熔融混合：熔融混合主要用于热塑性聚合物。这种方法是将聚合物和石墨烯加热至聚合物熔化，然后将两者结合在一起。

这种方法的优点是简单，不需要溶剂。但需要小心控制温度，以避免聚合物降解或石墨烯受损。

这些集成方法凸显了石墨烯在复合材料行业的广泛应用，并预示着巨大的市场增长。事实上，2019 年的市场价值为 1310 万美元，预计到 2027 年将达到 1.094 亿美元。这一增长轨迹凸显了各工业部门对先进材料日益增长的需求。这也有可能表明，石墨烯材料正在掀起第二轮热潮。

石墨烯复合材料的应用

汽车：在汽车领域，这种材料可用于增强纤维增强聚合物复合材料，减轻重量并提高机械弹性。例如，在与布里格斯汽车公司合作开发 Mono R 时，通过采用功能化石墨烯，车身重量减轻了 22%。此外，石墨烯增强工具环氧树脂还可用于高效制造碳纤维工具。

航空航天：石墨烯复合材料领域的成功案例彰显了这种材料彻底改变各行各业的潜力。例如，我们海代尔公司曾与英国空中客车公司和英国 BAE 系统公司等知名企业合作。这是为了开发用于航空航天的增强型材料，提供更好的导电性和机械性能。

体育用品：我们与曼彻斯特大学石墨烯工程创新中心（GEIC）的合作已经延续了六年。双方的合作取得了重大进展，包括开发出了以下产品：

• 用于跑车的碳复合材料车身面板
• 新型涂层工艺。

我们共同致力于推动先进材料的应用，以应对全球挑战。我们的重点是提供优质产品，为各行各业带来巨大价值。

经久耐用的工具：功能化石墨烯可添加到高性能工具环氧树脂中，用于制造汽车工具。这项应用旨在通过使用石墨烯增强纤维增强聚合物复合材料，满足汽车对轻质材料的需求。我们已与布里格斯汽车公司（BAC）等公司合作，使用石墨烯增强材料将车身重量减轻了 22%。

对石墨烯复合材料感兴趣？

功能化石墨烯经过化学改性，可增强各种应用的性能。全球许多公司都在使用各种方法开发石墨烯。

在Haydale，我们使用一种名为 HDPlas© 的专有等离子功能化工艺。这可以将石墨烯有效地分散到水、油墨和弹性体等不同介质中。该工艺增强了石墨烯的特性，具有改善机械强度、提高导电性和导热性以及环保性等优点。

如果您有兴趣了解更多信息，我们的团队将很乐意回答您的任何疑问。