그래핀 강화 탄소 섬유는 더 강하고 저렴한 복합 재료로 가는 길을 제공할 수 있습니다.

그래핀 위원회에서 발표한 바와 같이 Oak Ridge 국립 연구소(ORNL, Oak Ridge, Tenn.), University of Virginia(UVA, Charlottesville, Va., 미국) 및 Pennsylvania State University(Penn State, University Park, Pa) ., 미국)은 Science Advances 2020년 4월호에 연구를 발표했습니다. , 탄소 나노튜브(CNT) 및 산화 그래핀(GO) 액체를 사용한 이전 연구를 기반으로 탄소 섬유 전구체 섬유용 폴리아크릴로니트릴(PAN) 용액의 첨가제로서 깨끗한 그래핀의 사용을 평가합니다.

저자는 CNT를 추가하는 것이 PAN 방사 도프 및 응고 매개변수를 최적화할 수 있을 뿐만 아니라 폴리머 사슬의 정렬 및 배향을 위한 템플릿과 폴리머 결정화를 위한 핵제 역할을 하는 방법을 설명합니다. 그들은 채 외의 연구를 인용합니다. . 1.0wt% 탄소 나노튜브를 추가하면 탄소 섬유 모듈러스가 49% 증가하고 강도가 64% 증가하는 것으로 보고되었습니다. CNT의 추가는 탄화 온도를 낮추는 것으로 나타났으며, 이는 탄소 섬유(CF) 제조 중 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다.

단일층의 2차원 탄소 동소체로서 그래핀은 더 큰 표면적, 우수한 전자 이동도, 더 높은 인장 강도 및 영률을 포함하여 CNT에 대한 우수한 특성을 보여줍니다. 그러나 최근 탄소 섬유 제조에 그래핀 옥사이드(GO) 액정을 사용한 실험에서 섬유 고유의 정렬 및 결정성이 좋지 않아 인장 강도가 낮은 섬유가 생성되었습니다.

깨끗한 그래핀이 PAN 기반 탄소 섬유에 대해 CNT 및 GO보다 더 나은 첨가제일 수 있다는 이론을 바탕으로 ORNL, UVA 및 Penn State 연구원들은 소량의 전단 박리된 순수 그래핀(0.01~1.0wt%)을 PAN/디메틸에 첨가했습니다. PAN 방사 도프의 특성을 미세 조정하기 위한 설폭사이드(PAN/DMSO) 용액. 결과는 0.075wt% 그래핀이 포함된 PAN/그래핀 기반 탄소 섬유가 1916 MPa의 인장 강도와 233 GPa의 영률을 나타냈으며, 이는 그래핀이 없는 PAN 탄소 섬유에 비해 강도가 225% 증가하고 모듈러스가 184% 증가한 것으로 나타났습니다. /P>

또한, 대규모 분자 역학 시뮬레이션 결과에 따르면 그래핀을 추가하면 유리한 가장자리 화학이 도입되고 탄소 함량이 촉진되며 폴리머 사슬 정렬이 향상되고 결정도가 증가합니다.

저자들은 이러한 결과가 PAN 기반 탄소 섬유 생산에 대한 이해를 확장할 뿐만 아니라 그래핀에 의해 강화된 저비용 대체 전구체 섬유를 개발하기 위한 기반을 제공한다고 주장합니다. 기반 제품.