成果简介
石墨烯蒙烯纤维织物是通过连续石墨烯在织物上的化学气相沉积（CVD）制备的，使石墨烯能够覆盖纤维上，并继承了石墨烯的高导电性和导热性。然而，在织物形状的配置中，纤维之间的高电气和热接触电阻，以及纤维沿径向的导电和热通路的缺乏，限制了导电性和导热性的提高。本文，北京石墨烯研究院刘忠范团队在《Adv Funct Mater》期刊发表名为“Carbon Nanotubes/Graphene-Skinned Glass Fiber Fabric with 3D Hierarchical Electrically and Thermally Conductive Network”的论文，研究引入碳纳米管（CNTs），由于具有优异的导电性和导热性的一维结构，构建了丰富的“桥梁”，将孤立的纤维连接起来，构建新的电子和声子传输通道。因此，CNT/石墨烯蒙烯玻璃纤维织物（CNT/GGFF）的概念设计是通过精心设计的CVD创造性地提出并实现的。
与GGFF相比，在CNT/GGFF中构建三维导电和导热网络可使板材电阻降低>90%，抗拉强度提高4.5倍，热阻降低>70%，在复合材料、散热和除冰等领域的应用前景广阔。此外，CNT/GGFF的热阻表现出与温度无关，将应用扩展到航空和航天，因为传统材料的热导率随环境温度的变化会对飞机的热稳定性、可靠性和寿命产生不利影响。
图文导读
图1、CNT/GGFF 的概念设计、准备和表征
图2、CNT/GGFF的电导率。
图3、CNT/GGFF的力学性能
图4、CNT/GGFF的导热系数
小结
本工作成功开发了多层、多尺度结构的CNT/GGFF，实现了GFF的电导率、力学和热导率的同步提升。所得到的CNT/GGFF具有显著的导电性和电热性能，具有约10欧姆/平方的超低片层电阻、低工作电压下的超高加热温度、超快的电热响应和均匀的加热温度，使这种材料在复合材料、除冰和热管理领域具有先进的应用前景。此外，所制备的CNT/GGFF具有高力学性能，包括高强度、高杨氏模量和高韧性，使其成为军事和工业领域首选的结构-功能集成材料。此外，对于CNT/GGFF的热导率，由于碳纳米材料和玻璃纤维的热导率具有相反的温度依赖性趋势，因此热阻降低了70%以上，并且几乎与温度无关，这扩展了在航空航天领域的应用，因为材料经常受到环境温度变化的影响，从而对热稳定性产生不利影响， 飞机的可靠性和使用寿命。
此外，为了进一步说明CNT/GGFF的潜在应用，采用真空辅助树脂灌注（VARI）的方法制备了CNT/GGFF增强环氧树脂复合材料，并在图S11和S12以及表S1（支持信息）中测量了其电加热性能。可以看出，CNT/GGFF增强环氧树脂复合材料表现出优异的电加热性能，环氧树脂可以很好地渗透到环氧树脂复合材料中。鉴于玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料广泛应用于飞机机翼的前缘和风力涡轮机的叶片，具有优异电加热性能的CNT/GGGFF增强环氧复合材料有望用于这些结构的除冰，因为这些结构极易受到霜冻和冰的损伤，对这些结构的整体强度有重大影响。总之，这项工作不仅开发了一种多功能的CNT/GGFF，拓展了玻璃纤维的应用领域，而且提供了一种将前沿的一维和二维材料与传统材料相结合的新方法，为玻璃纤维在不久的将来的实际应用提供了更多的可能性。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202409379
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
