（Nanowerk Spotlight）碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料凭借其优异的强度和低比重性能，适用于各种工程应用，并且越来越多地取代传统材料。CFRP可以在汽车，火车，飞机，运动设备，风车叶片和许多其他“轻量化”是工程重要方面的应用中找到。
该领域特别感兴趣的是石墨烯基复合材料。全球研究团队正致力于开发工业上可制造的石墨烯薄片，这些薄片在所有薄片方向上具有高强度和高韧性，适用于各种应用，从车辆到光电子和神经植入物。
“然而，在廉价石墨烯基复合材料可用于高性能应用之前，需要改进机械和电气性能，” 北京北京航空航天大学教教授表示说。“今天，常见的工程解决方案是基于需要高温固化的聚合物树脂中的交叉层叠碳纤维。相反，我们已经展示了可由石墨烯薄片制造的交联石墨烯薄片，其不含树脂，可在低温，并含有少于10重量％的添加剂。
顺序桥连石墨烯片的制备和结构表征。
（A）通过过滤将GO血小板组装成GO片，然后将PCO渗入GO片并使用UV辐射聚合。接下来，使用HI减少GO-PCO。之后，PSE和AP依次渗透到片材中，导致其形成PSEAP分子的反应，PSEAP分子能够在rGO层上π键合。
“这些石墨烯片材在所有面内方向上的强度都与叠层碳纤维复合材料的强度相当，并且它们在失效之前可以吸收更高的机械能量，而不是目前用于各种商业产品中的碳纤维复合材料。”教授指出。“今天的碳纤维复合材料价格昂贵，部分原因是碳纤维生产的温度极高，可能超过2500摄氏度，相反，我们的工艺可以使用廉价地从地下挖出并在低于45摄氏度“。
这一进展为将廉价石墨烯片转化为高性能无聚合物石墨烯片提供了一种通用战略，用于开发下一代轻质多功能材料。
这些石墨烯片可能会替代工业工程中使用的昂贵的CFRP纤维复合材料，以及在日益流行的柔性电子产品中的新应用。
与制造石墨烯复合材料的传统方法不同，石墨烯片材在主体聚合物中均匀分层，研究人员通过连续使用π-π和共价交联剂制造了交联石墨烯片材。夹层间键合在相邻石墨烯层之间提供桥接，从而不需要主体聚合物树脂，从而产生无聚合物的纳米复合材料。
在他们的实验中，团队展示了拉伸强度，耐久性，电导率和电磁干扰屏蔽效率的同时增强，从而为使用纳米级构件之间的多种定量工程化学键设计层状纳米复合材料开辟了道路。这种方法消除了对聚合物基质的需求。
“我们对天然珍珠母很感兴趣，也被称为珍珠母，它赋予贝壳更高的断裂韧性，”教授解释了这项工作的灵感。“珍珠层由平行的薄片组成，这些薄片通过有机材料的薄层结合在一起，类似于通过砂浆粘在一起的砖墙。受珍珠母的启发，我们开发了多种界面桥接策略，用于设计使用多种类型的层状纳米复合材料纳米级积木之间的定量工程化学键“。
他补充说，具有含氧基团和sp 2共轭区域的氧化石墨烯薄片为共价键和π-π键合剂提供了丰富的键合位点。
该团队的下一步工作是开发使用不同交联剂的高性能石墨烯薄片，这将满足特定应用（如结构和电子应用）的要求。另一个目标是开发用于商业应用的大规模生产的制造工艺。
“在各种应用中寻找在所有纸张方向上具有高强度和高韧性的可制造纸张是一个持续的挑战，”教授总结说。“此外，具有高电磁干扰屏蔽效能，智能分离，机械适应性或自愈性等的多功能纳米复合材料将受到强烈的需求。目前，主要挑战是如何找到一种生产高性能大规模商业应用的石墨烯纳米复合材料“。
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