一种基于生物医学原理的界面设计策略：通过在碳纤维上生长Mg(OH)2-多巴胺三维结构来制备碳纤维复合材料

《Polymer Composites》：A Biomedically Inspired Interface Design Strategy of Carbon Fiber Composites by Growing Mg(OH)2-Polydopamine Three-Dimensional Structure on Carbon Fiber

本研究通过在碳纤维表面构建三维结构界面层，有效提高了碳纤维复合材料的界面性能和力学强度，其方法简单环保且易于工业化生产。

　　

摘要

碳纤维（CF）表面较为光滑且化学性质不活跃，这导致其在复合材料中的界面性能较差，从而限制了其实际应用。在碳纤维表面构建三维（3D）结构界面层是一种提高其化学惰性的有效方法。然而，将二维纳米增强材料牢固地附着在碳纤维表面并使其均匀分散仍然是一个关键挑战。本研究首先采用原位聚合技术将多巴胺（PDA）涂覆在碳纤维表面。利用PDA中的 catechol 基团和弱亲电性的 Mg²⁺，通过配位键作用，在 PDA 改性的碳纤维表面原位生长 Mg(OH)₂ 纳米片层。在碳纤维与树脂的界面处成功构建了无机-有机三维结构界面层，这得益于物理和化学上的相互作用，使得 Mg(OH)₂ 能够牢固地附着并均匀分布。与传统的 CF/EP 复合材料相比，Mg(OH)₂-PDA-CF/EP 复合材料的层间剪切强度提高了 46.4%，弯曲强度提高了 52.0%，界面剪切强度提高了 121.5%。整个改性过程简单、环保且成本低廉，无需使用有毒溶剂，便于在工业环境中大规模生产高性能碳纤维复合材料（CFRP）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。