石墨烯在碳碳复合材料中的应用
碳碳复合材料是指以炭纤维或其织物为增强相，以化学气相渗透的热解炭或液相浸渍－炭化的树脂炭、沥青炭为基体组成的一种纯炭多相结构。具有密度低、热膨胀系数低、高温力学性能好、比强度高等优点，使其成为热结构候选部件。
石墨烯在碳碳复合材料中的应用主要体现在界面改性、结构增强和功能化调控等方面，显著提升材料的力学性能、热稳定性及多功能性。
一、界面性能强化
（1）表面接枝改性
- 通过石墨烯纳米粒子接枝至碳纤维表面，增加表面活性官能团，使界面剪切强度（IFSS）提升至3 MPa（较传统材料提高40%以上），层间剪切强度达73.5 MPa。
- 石墨烯改性上浆剂技术实现石墨烯在水溶液和树脂中的稳定分散，上浆率<1.5%，饱和吸水率<2%，优化复合材料加工工艺。
（2）抑制层间缺陷
- 石墨烯片层插入碳纤维层间，减少微裂纹，I型层间断裂韧性提高3%，延长疲劳寿命。
二、力学与热性能提升
（1）三维结构增强
- 氧化石墨烯制备三维海绵结构，与碳纤维形成“骨架-肌肉”复合网络，解决碳纳米管团聚问题，抗拉强度提升>10%，杨氏模量接近1 TPa。
- 在碳纤维前体（PAN原丝）中添加0.075wt%石墨烯，碳化后抗拉强度达1916 MPa（提升225%），模量增至233 GPa（提升184%）。
（2）高温稳定性优化
1）石墨烯层间阻隔效应延缓氧化，使复合材料在惰性气氛中耐受>2000℃高温，1500℃下强度不衰减。
2）热膨胀系数降低至1×10⁻⁶/K，抗热震性提升，适用于航天器鼻锥、火箭喷管等极端环境。
三、功能化应用拓展
| 领域 | 应用场景 | 功能贡献 |
| 航空航天 | 火箭轻量化结构件 | 高比强度+电磁屏蔽（效能>90 dB） |
| 飞机刹车盘 | 摩擦系数稳定（0.3±0.05），耐磨性提升5倍 | |
| 新能源 | 光伏单晶炉热场部件 | 超高纯度（灰分<50 ppm），耐1600℃热冲击 |
| 锂电池负极/电容器 | 导电性提升3倍，比表面积达2630 m²/g | |
| 电子器件 | 柔性传感器/散热片 | 热导率>5000 W/(m·K)，透光率>97% |
随着科技的发展，碳碳复合材料的应用将会更加普及，同时石墨烯材料的应用突破也将助力碳碳复材如虎添翼。
