仿生新思路：添加0.73%石墨烯，环氧树脂韧性提高3.6倍！《Matter》报道反向仿珍珠层结构-石墨烯产业专题

仿生新思路：添加0.73%石墨烯，环氧树脂韧性提高3.6倍！《Matter》报道反向仿珍珠层结构

时间:2019-10-08 作者: 来源:新材料在线

环氧基纳米复合材料具有强度高、重量轻等优点，是一种广泛应用于工程领域的新型复合材料。环氧-石墨烯纳米复合材料作为碳纤维增强复合材料的替代材料，在航空航天领域具有广阔的应用前景。传统的环氧-石墨烯纳米复合材料中，石墨烯纳米片与环氧基体均匀混合，但由于石墨烯在其中分散性差、应力传递效率低，其力学性能的提升往往受到限制。

基于此，北京航空航天大学程群峰教授团队提出了以质量分数约为99%有机环氧基树脂为基体，与天然珍珠层(质量分数约为96%无机文石片)相反的反向仿珍珠层的环氧-石墨烯纳米复合材料。本课题采用冰模板工艺制备石墨烯基层状骨架，然后将环氧树脂渗透到骨架内，得到层状纳米复合材料。其中，石墨烯骨架仅占整体质量分数的0.73%左右，但其断裂韧性提高到约2.53 MPa m1/2，是纯环氧树脂的约3.6倍。反向仿珍珠层层状环氧-石墨烯纳米复合材料具有良好的断裂韧性，可以实现传统环氧-石墨烯纳米复合材料的应用。此外，由于石墨烯基支架的导电性，反向仿珍珠层层状环氧-石墨烯纳米复合材料具有自监测功能，可以通过电阻的变化检测裂纹的扩展。引入反向仿珍珠层层状结构的策略可以启发未来纳米复合材料的设计，使其具有更高的安全性和自我监控能力。可应用于飞机的不同部件，包括骨架、面板、机身等。另外，自我监控功能也使这些零件更加安全，避免了关键部位的灾难性故障。

本工作以Inverse Nacre-like Epoxy-Graphene Layered Nanocomposites with Integration of High Toughness and Self-Monitoring为题，发表在《Matter》上。