グラフェン強化炭素繊維は、より強力で安価な複合材料への道を提供する可能性があります
Graphene Councilが発表したように、オークリッジ国立研究所（ORNL、オークリッジ、バージニア州、米国）、バージニア大学（UVA、シャーロッツビル、バージニア州、米国）、ペンシルバニア州立大学（ペンシルベニア州、ユニバーシティパーク、ペンシルバニア州）の研究者。、US）は、 Science Advances の2020年4月号に研究を発表しました。 、カーボンナノチューブ（CNT）と酸化グラフェン（GO）液体を使用した以前の研究に基づいて、カーボンファイバー前駆体繊維のポリアクリロニトリル（PAN）溶液への添加剤としての純粋なグラフェンの使用を評価します。
著者らは、CNTを追加することで、PAN紡糸ドープと凝固パラメーターを最適化できるだけでなく、ポリマー鎖の配向と配向のテンプレート、およびポリマー結晶化の核剤としても機能することを説明しています。彼らはChae et al による研究を引用しています 。これは、1.0 wt％のカーボンナノチューブを追加すると、炭素繊維の弾性率が49％増加し、強度が64％増加したことを報告しています。 CNTの添加は、炭化温度を下げることも示されています。これにより、炭素繊維（CF）製造時のエネルギー消費を大幅に削減できます。
単層の2次元炭素同素体として、グラフェンは、より大きな表面積、優れた電子移動度、より高い引張強度、ヤング率など、CNTよりも優れた特性を示します。ただし、炭素繊維の製造に酸化グラフェン（GO）液晶を使用した最近の実験では、固有の配向と結晶化度が低いため、引張強度が標準以下の繊維が得られました。
未処理のグラフェンは、PANベースの炭素繊維のCNTやGOよりも優れた添加剤である可能性があると理論付け、ORNL、UVA、およびPenn Stateの研究者は、PAN /ジメチルに少量のせん断剥離した未処理のグラフェン（0.01〜1.0 wt％）を追加しました。 PANスピニングドープの特性を微調整するためのスルホキシド（PAN / DMSO）溶液。結果は、0.075 wt％のグラフェンを含むPAN /グラフェンベースの炭素繊維が、1916MPaの引張強度と233GPaのヤング率を示したことを示しました。グラフェンを含まないPAN炭素繊維と比較して、強度が225％増加し、弾性率が184％増加しました。
さらに、大規模な分子動力学シミュレーションの結果は、グラフェンを追加すると、好ましいエッジ化学が導入され、炭素含有量が促進され、ポリマー鎖の整列が強化され、結晶化度が向上することを示しています。
著者らは、これらの結果は、PANベースの炭素繊維製造の理解を深めるだけでなく、グラフェンによって強化された低コストの代替前駆体繊維を開発するための基盤を提供し、現在のPANよりも優れた性能と低コストを提供する炭素繊維を生み出す可能性があると主張しています。ベースの製品。
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