卷对卷激光加工诱导石墨烯构建导电互连增强碳纤维毡力学与电学性能及其航空航天轻质功能薄膜应用

《Nature Communications》：Programmable roll-to-roll laser processing for high value application of low-grade carbon fiber materials

　　

摘要

碳纤维产量的不断增加产生了大量短切纤维，由于结构不连续性，这些纤维难以用于高价值应用。碳纤维毡具有潜力，但纤维间结合力弱和导电性差限制了其性能。我们提出了一种卷对卷激光加工策略，利用液体前驱体在纤维-纤维界面处形成激光诱导石墨烯，从而构建导电通路和机械互连结构。该方法将抗拉强度从4.1提高到32.2 MPa，电导率从1224.0提高到15151.5 S/m。所得薄膜展现了高效的电热除冰性能，并在镀铜后具备防雷击保护能力，损伤面积为9657 mm2，损伤深度为0.4 mm，性能与铝网相当，但重量降低了15%。自研激光平台实现了可扩展生产。本文展示了通过可扩展激光加工将低等级碳纤维转化为适用于航空航天领域的轻质功能薄膜的技术路线。