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石墨烯复合材料:介绍和市场现状

来源: 聚展网 2019-10-04 15:46:58 1827 分类: 复合材料资讯

什么是复合材料?

复合材料(也称为复合材料,或简称复合材料)是将两种或两种以上具有不同性能的材料组合而成的具有独特性能的最终材料。这些材料不会混合或溶解在一起,但在最终的复合结构中仍然是不同的。复合材料可以被制成比传统材料更强、更轻或更耐用,因为它们从组合不同的组件中获得了性能。

大多数复合材料由两种材料组成——基体(或粘结剂)包裹着纤维团或较强材料(钢筋)的碎片。这种结构的一个常见例子是玻璃纤维,它是在20世纪40年代发展起来的,是第一个现代复合材料,目前仍在广泛使用。在玻璃纤维中,玻璃的细纤维被编织成各种各样的布,在塑料或树脂基体中起增强作用。(本文内容版权归属聚展所有,未经同意,禁止转发)

虽然复合材料并不是一个新概念(例如,由嵌入稻草片的干泥制成的泥砖,已经存在了数千年),但最近的技术带来了许多令人兴奋的新复合材料。通过对基体和钢筋的精心选择(以及将它们组合在一起的最佳制造工艺),有可能创造出明显优越的材料,具有适合特定需求的定制性能。典型的复合材料包括水泥、混凝土等复合建筑材料、不同金属复合材料、塑料复合材料和陶瓷复合材料。

复合材料是如何制成的?

影响端部复合材料成型的三个主要因素是基体、钢筋和制造工艺。作为基体,许多复合材料使用树脂,这是热固性或热固性塑料(因此得名“增强塑料”往往给他们)。这些聚合物将增强层连接在一起,有助于确定最终复合材料的物理性能。

热固性塑料一开始是液体,但加热后变硬。它们不会回到液体状态,因此即使在极端暴露于化学品和磨损下,它们也很耐用。热敏塑料在低温下是硬的,但在高温下会软化。它们不太常用,但具有有趣的优点,如原材料的保质期长和回收能力。还有其他基体材料,如陶瓷、碳和金属,用于特定的用途。

随着时间和技术的发展,增强材料的种类越来越多,但最常用的仍是玻璃纤维。先进的复合材料倾向于使用碳纤维作为增强材料,碳纤维比玻璃纤维更强,但也更昂贵。碳纤维复合材料强度高,重量轻,用于飞机结构和运动装备(高尔夫球杆和各种球拍)。它们也越来越多地被用来代替代替人类骨骼的金属。一些聚合物是很好的增强材料,并有助于制造出强度高、重量轻的复合材料。

制造过程通常涉及模具,在模具中首先放置钢筋,然后将半液态基体喷淋或倒进去形成物体。传统的造型工艺是手工完成的,尽管机器加工正变得越来越普遍。其中一种新方法被称为“拉挤”,它是制造直的、截面恒定的产品的理想方法,就像不同种类的梁一样。薄或复杂形状的产品(如曲面板)是通过在模具上应用充满基体材料的编织纤维增强片来构建的。先进的复合材料(如飞机上使用的那些)通常由夹在两片碳纤维增强复合材料之间的蜂窝塑料制成,具有高强度、低重量和抗弯刚度。

哪里可以找到复合材料?

复合材料具有许多明显的优点,可以制成轻质、坚固、耐腐蚀、耐热、灵活、透明、更符合具体需要的材料。复合材料已经应用于许多行业,如船舶、航空航天、体育设备(高尔夫球杆、网球拍、冲浪板、曲棍球杆等)、汽车零部件、风力涡轮机叶片、防弹衣、建筑材料、桥梁、医疗设施等。复合材料的优点和潜力保证了该领域的大量研究,希望能在其他市场带来未来的发展和实施。

现代航空是一个需求和要求复杂的行业的具体例子,复合材料的优势使其受益匪浅。这一行业对轻而坚固的材料提出了更高的要求,这些材料还具有耐热和耐腐蚀的特性。因此,许多飞机都有机翼和尾翼,以及由复合材料制成的螺旋桨和旋翼叶片,以及许多内部结构,就不足为奇了。

石墨烯是什么?

石墨烯是由碳原子组成的二维矩阵,排列在蜂窝状晶格中。一平方米的石墨烯薄片重量只有0.0077克,但可以支撑多达4公斤的重量。这意味着它很薄,很轻,但也非常坚固。它也有一个大的表面积,伟大的热和电导率和各种额外的令人难以置信的特点。这可能就是为什么科学家和研究人员称它为“一种神奇的材料”,并预测它将彻底改变人类已知的几乎所有行业。

石墨烯基复合材料

如前所述,石墨烯具有无数前所未有的特性,其中任何一种都有可能用于制造非凡的复合材料。石墨烯的存在可以提高块状材料的导电性和强度,并有助于创造出质量优异的复合材料。石墨烯还可以添加到金属、聚合物和陶瓷中,以制造导电、抗高温和压力的复合材料。

石墨烯复合材料有许多潜在的应用,许多研究正在进行,以创造独特和创新的材料。石墨烯的应用似乎无穷无尽,因为一种石墨烯聚合物被证明是轻质、柔韧和优良的导电体,而另一种二氧化石墨烯复合材料被发现具有有趣的光催化效率,有许多其他可能的材料耦合,有朝一日可以制成各种复合材料。石墨烯复合材料的潜力包括医用植入物、航空航天工程材料和可再生能源等。

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