石墨烯/沥青涂层对碳/碳复合材料界面改性及其机理研究

近年来，碳/碳复合材料界面研究引起了国内外学者的广泛关注，通过界面改性制备高性能碳/碳复合材料更成为最具吸引力的方向之一。新型纳米材料石墨烯与基体石墨化后的主要产物石墨层片具有相同的成分和相似的结构，是非常理想的碳/碳复合材料界面涂层处理材料。本项目以沥青基碳/碳复合材料为研究对象，对其进行石墨烯/沥青涂层界面改性研究。通过对改性前后的碳/碳复合材料进行界面性能和宏观性能表征，建立涂层中石墨烯含量和性能之间的关系；针对已制备的碳/碳复合材料开展诱导结晶、结晶取向、石墨化程度等界面基础问题研究，揭示石墨烯/沥青涂层对复合材料界面结构影响的规律，探索界面结构对碳/碳复合材料性能影响的机理，为制备新型高性能碳/碳复合材料奠定理论和实践基础。通过本课题研究，不但能丰富纳米材料/界面科学这一重要交叉学科的研究内容，更可望研发出具有自主知识产权、功能优异、军事价值突出的新型高性能碳/碳复合材料。

碳/碳复合材料是一种性能独特的新型高温材料，具有重量轻、模量高、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优异性能。随着航空、航天技术的进一步发展及各国在空间技术上的激烈竞争，对碳/碳复合材料的高温性能、烧蚀性能以及力学性能等提出了越来越高的要求。经过3年的研究，本项目采用新型纳米材料石墨烯制备涂层处理材料，对碳/碳复合材料进行涂层处理，制备得到了综合性能具有较大提升的碳/碳复合材料。针对石墨烯的特点，选择了同时可以溶解沥青以及石墨烯的吡咯烷酮溶剂，并制备得到了不同石墨烯浓度/沥青涂层处理的碳/碳复合材料样品。不同炭化阶段的碳/碳复合材料样品也同时制备。通过对所制备的复合材料性能的表征、分析，建立了石墨烯浓度与碳/碳复合材料性能之间的关系。通过采用模型化合物，研究了采用磁场控制的取向的石墨烯层片对复合材料界面性能的影响。针对石墨烯/沥青涂层界面改性碳/碳复合材料的界面基础问题进行了初步研究。较好地完成了预定的研究内容。在此基金的资助下，申请发明专利5项，授权发明专利2项，发表学术论文9篇，全部为SCI收录，培养硕士生2名。