碳纳米管/氧化石墨烯协同增强碳纤维环氧树脂复合材料的力学与热物理性能

本研究通过喷涂工艺将碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)及其杂化材料(CNTs/GO)负载于碳纤维表面，系统考察了涂层对聚合物复合材料机械性能、摩擦学特性和热物理性质的改善作用。研究人员发现，二维GO与一维CNTs的协同效应可形成三维网络结构，使纤维增强聚合物复合材料的力学性能和界面特性获得显著提升。其中CNTs/GO杂化涂层碳纤维增强环氧树脂(HCFRE)表现尤为突出：与普通碳纤维增强环氧树脂(CFRE)相比，其层间剪切强度(ILSS)、弯曲强度、拉伸强度和硬度分别提升38.73%、30.40%、33.53%和32.64%；断裂韧性、拉伸模量和弯曲模量分别改善36.36%、31.66%和57.68%；热导率增幅达44.44%。摩擦学测试显示，HCFRE的比磨损率较CFRE降低42.84%，为高性能复合材料开发提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了碳纳米管(CNTs)与氧化石墨烯(GO)的梦幻联动——当这两种纳米材料通过喷涂工艺在碳纤维表面形成杂化涂层(CNTs/GO)时，竟能让环氧树脂复合材料"脱胎换骨"。微观层面，二维的GO片层与一维的CNTs相互交织，构建出坚固的三维网络架构；宏观层面，这种"纳米铠甲"使材料的各项性能指标实现飞跃：抗剪切能力(ILSS)飙升近40%，抗弯抗拉性能提升超30%，连硬度都增长32.64%。更令人惊叹的是，这种被命名为HCFRE的复合材料不仅力学性能出众，其导热能力也暴涨44.44%，在摩擦测试中更是展现出"金刚不坏"的特性——比磨损率直降42.84%。研究还发现个有趣现象：随着载荷增加，摩擦系数会像爬楼梯般逐步上升；而提高滑动频率时，摩擦系数却像坐滑梯一样下降。扫描电镜(SEM)下的磨损表面形貌，为理解这些现象提供了直观证据。这项成果为开发新一代高性能复合材料打开了崭新的大门。