强度/重量比最高的碳纤维材料能够降低车辆的重量,并提升能量转换效率,但是目前大多数的碳纤维材料是从比较贵的聚丙烯腈(PAN)得到的,这限制了在汽车工业中的应用,弗吉尼亚大学、宾夕法尼亚州立大学等对PAN的转化和微结构演变过程进行研究,对合成设计廉价PAN基碳纤维材料的方法进行探索,作者发现引入少量石墨烯能够降低碳纤维中的孔/缺陷浓度,实现了增强碳纤维材料的性能。实验结果显示,在碳纤维中引入0.075 %的石墨烯能够提高碳纤维225 %的强度和184 %的杨氏模量。作者通过原子级别的ReaxFF测试和大规模分子动力学模拟方法对石墨烯改善碳纤维材料的边缘结构(favorable edge chemistry)和聚合物链结构改善进行表征。
参考文献
Zan Gao, Jiadeng Zhu, Siavash Rajabpour, Kaushik Joshi, Małgorzata Kowalik, Brendan Croom, Yosyp Schwab, Liwen Zhang, Clifton Bumgardner, Kenneth R. Brown, Diana Burden, James William Klett, Adri C. T. vanDuin*, Leonid V. Zhigilei*, Xiaodong Li*
Graphene reinforced carbon fibers,Science Advances 2020, 6 (17), eaaz4191
DOI: 10.1126/sciadv.aaz4191
https://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaaz4191