石墨烯旗艦計(jì)劃聚集了歐洲頂級研究人員和公司，討論了破壞性最強(qiáng)的方法來增強(qiáng)石墨烯在航空航天，汽車和能源行業(yè)中使用的復(fù)合材料。多學(xué)科團(tuán)隊(duì)的成員來自學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，石墨烯旗艦合作伙伴Nanesa和Avanzare等企業(yè)以及石墨烯旗艦合作伙伴空中客車和菲亞特等大型運(yùn)輸最終用戶行業(yè)的研究人員。他們表明，將石墨烯和相關(guān)材料(GRM)集成到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRC)中具有巨大的潛力，可以改善重量和強(qiáng)度，并有助于克服瓶頸，限制了這些復(fù)合材料在飛機(jī)，汽車，風(fēng)力渦輪機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。如今，交通運(yùn)輸業(yè)占全球能源需求的近三分之一，它是城市地區(qū)污染和溫室氣體排放的主要來源。因此，石墨烯旗艦科學(xué)家正在不斷嘗試開發(fā)新材料以降低燃料使用量和二氧化碳2排放，有助于減輕環(huán)境破壞和氣候變化。

石墨烯集成的復(fù)合材料是較輕的材料的一個(gè)示例，具有在車輛框架中使用的巨大潛力。它們是通過將數(shù)十億分之一米厚的石墨烯片材作為納米添加劑引入到分層纖維復(fù)合材料中而制成的。分層纖維復(fù)合材料是一種復(fù)合材料，其中不同尺寸的組分以受控的方式結(jié)合在一起，以顯著提高 機(jī)械性能。它們通常由附著在聚合物基體上的微米或介觀的碳纖維(百萬分之一米厚)組成，它們已經(jīng)被用作建筑材料來制造各種形狀和尺寸的車輛。

石墨烯的高縱橫比，高柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度使其能夠增強(qiáng)這些復(fù)合材料中薄弱點(diǎn)的強(qiáng)度，例如在兩個(gè)不同組件之間的界面處。其可調(diào)節(jié)的表面化學(xué)性質(zhì)還意味著可以根據(jù)需要調(diào)整與碳纖維和聚合物基體的相互作用。纖維，聚合物基體和石墨烯層一起工作以分布機(jī)械應(yīng)力，從而得到具有提高的強(qiáng)度和其他有益性能的材料。

有許多挑戰(zhàn)需要考慮。例如，飛機(jī)每次起飛和降落時(shí)都會(huì)經(jīng)歷20°C到-40°C的溫度變化，壓力和濕度差異很大。因此，石墨烯集成的復(fù)合材料需要承受水在機(jī)身內(nèi)部的凝結(jié)甚至凍結(jié)。他們還需要承受雷擊，雷擊每月要發(fā)生幾次，因此必須利用石墨烯的導(dǎo)電特性來創(chuàng)建可抵抗電磁脈沖的導(dǎo)電框架。在汽車中，新的結(jié)構(gòu)材料必須能夠承受碰撞測試，并且必須足夠輕巧以確保燃油效率。石墨烯旗艦研究人員也在研究導(dǎo)電材料，以取代汽車儀表板中的電路。

研究人員和最終用戶走到一起

瑪麗皇后大學(xué)和英國國家石墨烯研究所，希臘FORTH-Hellas，意大利CNR和瑞典查爾默斯理工大學(xué)的石墨烯旗艦合作伙伴與都靈大學(xué)，特倫托大學(xué)和KET-LAB的研究人員合作意大利和希臘的帕特雷大學(xué)，以提供研究界的觀點(diǎn)。他們與意大利石墨烯旗艦合作伙伴公司Nanesa和西班牙Avanzare的科學(xué)家合作，審查了摻有石墨烯的FRC的技術(shù)可行性。

該論文的合著者兼Nanesa總裁Francesco Bertocchi認(rèn)為，摻入石墨烯的FRC確實(shí)可用于車輛設(shè)計(jì)，并已開發(fā)出具有交通運(yùn)輸行業(yè)許多基本性能的新型復(fù)合材料。“借助石墨烯旗艦，Nanesa與許多合作伙伴緊密協(xié)作，共同創(chuàng)建了許多不同的原型。這些原型包括阻燃性，水蒸氣吸收屏障，高電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率以及EMI屏蔽等特性。我們還集成了電阻式除冰和防冰系統(tǒng)，”他說。

石墨烯旗艦合作伙伴空客和菲亞特-克萊斯勒汽車公司是世界領(lǐng)先的航空航天和汽車工業(yè)，評估了摻有石墨烯的FRC對航空航天和汽車工業(yè)的影響，并評估了其商業(yè)可行性。

空中客車公司的合著者兼材料與工藝工程師塔瑪拉·布蘭科-瓦雷拉(Tamara Blanco-Varela)解釋說，空中客車公司正在努力使這些材料在新飛機(jī)模型中可行。她說：“我們都知道，航空業(yè)對于引進(jìn)新材料或新技術(shù)非常有挑戰(zhàn)性?？罩锌蛙嚬局铝τ谑古c石墨烯有關(guān)的材料盡快飛行，并且正在逐步建立方法。”說。通過選擇對航空航天業(yè)具有直接好處的“快速雙贏”應(yīng)用，她預(yù)計(jì)集成石墨烯的FRC將很快進(jìn)入市場。

“一個(gè)例子是將這些材料用于飛機(jī)的除冰和除冰目的，空中客車公司將領(lǐng)導(dǎo)針對該技術(shù)的商業(yè)開發(fā)的活動(dòng)。我們希望該技術(shù)達(dá)到較高的成熟度，目標(biāo)準(zhǔn)備水平為在接下來的幾年中排名第五和第六。”

石墨烯旗艦合作伙伴菲亞特-克萊斯勒汽車公司的合著者兼研究員Brunetto Martorana補(bǔ)充說：“石墨烯有趣的結(jié)構(gòu)特性為設(shè)計(jì)新型輕質(zhì)復(fù)合材料打開了一個(gè)有趣的窗口。” 他解釋說，新型輕質(zhì)復(fù)合材料不一定需要降低強(qiáng)度并帶來安全問題。他繼續(xù)說：“必須找到新的方法來增強(qiáng)復(fù)合材料的'耐撞性'，而石墨烯復(fù)合材料也許能夠填補(bǔ)這一角色。” 菲亞特-克萊斯勒汽車公司現(xiàn)已致力于新型復(fù)合材料的商業(yè)化，并將領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)新計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)推向市場。”

令人振奮的前景

“石墨烯旗艦產(chǎn)品為不同的合作伙伴提供了穩(wěn)定，清晰，持久的合作伙伴關(guān)系。他們都是在我們的復(fù)合材料工作包中開始合作的，”石墨烯旗艦產(chǎn)品副總監(jiān)兼論文的主要作者Vincenzo Palermo說道。 。他說：“石墨烯旗艦計(jì)劃促使所有合作伙伴進(jìn)行頻繁的互動(dòng)，并定期召開會(huì)議。在這種情況下，那些以不同動(dòng)機(jī)開始研究石墨烯的合作伙伴聚集在一起應(yīng)對共同的挑戰(zhàn)。”

石墨烯旗艦產(chǎn)品的“復(fù)合材料工作包”負(fù)責(zé)人Galiotis表示，這種合作非常有價(jià)值。“這是對石墨烯旗艦產(chǎn)品及其他產(chǎn)品所進(jìn)行工作的全面回顧，以確認(rèn)添加GRM可以為航空航天，汽車，能源和休閑行業(yè)的許多應(yīng)用帶來好處。” Galiotis對這篇綜述進(jìn)行了分析，該評論對將GRM加工成復(fù)合材料的最佳方法，其對整體復(fù)合材料性能的影響以及科學(xué)家在尋找高性能復(fù)合材料時(shí)面臨的挑戰(zhàn)表示了特別的興趣。他總結(jié)說：“總的來說，我認(rèn)為這是有關(guān)復(fù)合材料領(lǐng)域的及時(shí)評論文章，所有與復(fù)合材料開發(fā)和使用有關(guān)的各方都應(yīng)該對它有興趣地閱讀。”

石墨烯旗艦產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)官兼管理小組主席Andrea C. Ferrari表示：“本文顯示了大公司和小型企業(yè)(石墨烯旗艦產(chǎn)品的所有合作伙伴)在將石墨烯復(fù)合材料推向市場的領(lǐng)導(dǎo)地位。接下來的幾年。這再次顯示了石墨烯旗艦產(chǎn)品在其技術(shù)和創(chuàng)新路線圖上的穩(wěn)步發(fā)展。”