石墨烯旗艦計劃聚集了歐洲頂級研究人員和公司，討論了破壞性最強的方法來增強石墨烯在航空航天，汽車和能源行業(yè)中使用的復(fù)合材料。多學(xué)科團隊的成員來自學(xué)術(shù)機構(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)集成到纖維增強復(fù)合材料(FRC)中具有巨大的潛力，可以改善重量和強度，并有助于克服瓶頸，限制了這些復(fù)合材料在飛機，汽車，風(fēng)力渦輪機等領(lǐng)域的應(yīng)用。如今，交通運輸業(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，高柔韌性和機械強度使其能夠增強這些復(fù)合材料中薄弱點的強度，例如在兩個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械應(yīng)力，從而得到具有提高的強度和其他有益性能的材料。

有許多挑戰(zhàn)需要考慮。例如，飛機每次起飛和降落時都會經(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。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認為，摻入石墨烯的FRC確實可用于車輛設(shè)計，并已開發(fā)出具有交通運輸行業(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模型中可行。她說：“我們都知道，航空業(yè)對于引進新材料或新技術(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)計集成石墨烯的FRC將很快進入市場。

“一個例子是將這些材料用于飛機的除冰和除冰目的，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。我們希望該技術(shù)達到較高的成熟度，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補充說：“石墨烯有趣的結(jié)構(gòu)特性為設(shè)計新型輕質(zhì)復(fù)合材料打開了一個有趣的窗口。” 他解釋說，新型輕質(zhì)復(fù)合材料不一定需要降低強度并帶來安全問題。他繼續(xù)說：“必須找到新的方法來增強復(fù)合材料的'耐撞性'，而石墨烯復(fù)合材料也許能夠填補這一角色。” 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)一項新計劃將這項技術(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：“石墨烯旗艦計劃促使所有合作伙伴進行頻繁的互動，并定期召開會議。在這種情況下，那些以不同動機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”負責(zé)人Galiotis表示，這種合作非常有價值。“這是對石墨烯旗艦產(chǎn)品及其他產(chǎn)品所進行工作的全面回顧，以確認添加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，我認為這是有關(guān)復(fù)合材料領(lǐng)域的及時評論文章，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。”