美国科学家使用石墨烯增强碳纤维，使汽车材料更耐用，更便宜

根据国外媒体的报道，制造碳纤维的成本通常很高，但是美国宾夕法尼亚州立大学的一组科学家开发了一种新的制造方法，该方法可能会减少使用这种轻巧，高强度的汽车的生产。强度提高安全性的材料。成本。研究团队结合计算机模拟和实验室测试，发现在生产过程中添加少量2D石墨烯既可以降低生产成本，又可以增强此类纤维。几十年来，碳纤维一直是飞机制造中的主流材料。如果使用正确的制造方法，那么比人的头发窄的碳原子长链重量更轻，硬度更高，强度更强，这可以使飞机在离地面几英里的距离飞行以更好地保护飞机乘客。宾夕法尼亚州立大学机械与化学工程系教授阿德里·范·杜因（Adri van Duin）表示：“尽管碳纤维具有良好的功能，但现有的碳纤维生产方法会使汽车更加昂贵。如果能够更轻松地实现其特性， ，可以在大大降低汽车的重量和成本的同时，使汽车更安全。”现在，碳纤维的价格为每磅15美元。来自宾夕法尼亚州立大学，弗吉尼亚大学和美国橡树岭国家实验室的研究人员与工业伙伴索尔维和奥什科什合作，希望通过改变复杂的生产工艺，将碳纤维的价格降至每磅5美元。

较低的生产成本可以扩大碳纤维的潜在应用范围，包括在汽车中的使用。此外，研究小组的研究还可以降低其他类型的碳纤维的生产成本，其中一些目前的价格高达900美元/磅。宾夕法尼亚州立大学机械工程系研究员MałgorzataKowalik说：“目前，大多数碳纤维是由一种叫做聚丙烯腈（PAN）的聚合物制成的，这种聚合物非常昂贵，其成本约占碳纤维生产成本的50％。”当前市场的90％碳纤维由PAN制成，但是PAN的生产消耗大量能量。首先，必须将PAN纤维加热到200到300摄氏度才能氧化。然后，需要将其加热到1200至1600摄氏度才能将原子转化为碳。最后，需要将其加热到2100摄氏度才能使分子正确排列。没有这一系列步骤，所得材料将缺乏所需的强度和刚度。该团队最近表示，仅需在制造过程的第一阶段添加0.075％的石墨烯即可生产信息碳纤维，它比原始PAN基碳纤维坚固225％，刚性184％。该团队使用了在几台超级计算机上进行的一系列小型和大型计算机模拟，以研究发生的化学反应。他们还使用宾夕法尼亚州立大学的实验室研究每种材料的特性。利用从研究中获得的新知识，该团队正在探索如何在生产过程中使用更便宜的前驱物来进一步利用石墨烯，目的是减少一个或多个生产步骤，从而进一步降低成本。