瑞典Grafren AB公司目前正在開發(fā)玻璃纖維石墨烯涂層，該涂層可用于多種用途，比如以獲得更輕的產(chǎn)品，比如提供EMI屏蔽，并提高電氣、熱和機(jī)械性能等。

與碳纖維相比，玻璃纖維在廣泛的選擇中提供更低的成本，從用于航空航天應(yīng)用的高質(zhì)量樹脂注入層壓板到用于熱塑性塑料和注塑的短纖維。碳纖維和玻璃纖維都有各自的缺點(diǎn)。碳纖維價(jià)格昂貴，限制了它們只應(yīng)用于高檔產(chǎn)品。它們也很脆，當(dāng)施加相當(dāng)?shù)偷臎_擊能量時(shí)可能會(huì)破裂。玻璃纖維具有較低的機(jī)械特性，較重，對(duì)溫度敏感，不帶電。

Grafren AB團(tuán)隊(duì)成功地采用了一種基于石墨烯薄片直接涂覆玻璃纖維的方法來改善玻璃纖維的性能。傳統(tǒng)的石墨烯涂料或粘合劑涂層方法不適用于玻璃纖維。石墨烯和玻璃纖維必須在納米水平上整合，在纖維表面組裝和排列石墨烯薄片。而該團(tuán)隊(duì)以一種獨(dú)特的方式使用石墨烯薄片覆蓋玻璃纖維。由此產(chǎn)生的涂層類似于蛇皮，纖維表面排列著許多薄片，彼此重疊。此前，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用相同的方法成功地演示了輕質(zhì)柔軟的電子紡織品——導(dǎo)電織物的制造。

石墨烯涂層玻璃纖維vs玻璃纖維

該公司研究團(tuán)隊(duì)通過涂層20多種類型、尺寸和編織幾何形狀的玻璃纖維，精確控制涂層均勻性和導(dǎo)電性，驗(yàn)證了這種方法。通過改變每根纖維上薄片涂層的厚度，可精確地調(diào)整玻璃纖維織物的薄片電阻，從1 MOhm/sq到10 Ohm/sq均可。

不同涂層厚度和不同導(dǎo)電性的石墨烯鍍膜玻璃纖維

可控制的導(dǎo)電性為玻璃纖維增加了令人興奮的功能。例如，涂有石墨烯的獨(dú)立玻璃纖維層可以用作復(fù)合材料部件內(nèi)部的電線。當(dāng)應(yīng)用到車輛上時(shí)，這種材料可以傳輸?shù)碗娏餍盘?hào)，降低車輛的總重量，并消除了沉重而昂貴的銅線的使用。該公司表示，石墨烯是一個(gè)完美的選擇，因?yàn)閺?fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度不會(huì)受到影響。

其次，石墨烯涂層的玻璃纖維可以屏蔽電磁干擾(EMI)，這是一種保護(hù)設(shè)備或人類不受外部電磁信號(hào)影響的屏障。據(jù)觀察，在1 MHz-40 GHz頻率內(nèi)可控制的EMI屏蔽效率可達(dá)60 dB。該功能可能適用于電動(dòng)汽車的電池盒，由于成本較低，玻璃纖維優(yōu)于碳纖維。此外，目前金屬箱的重量在90公斤至160公斤之間，使其成為電動(dòng)汽車最重的部分，而石墨烯基復(fù)合材料可以將重量減輕30%至40%。

石墨烯導(dǎo)電性賦予玻璃纖維的另一個(gè)重要功能是焦耳加熱——由于電流通過而產(chǎn)生熱量。這可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車或飛機(jī)的內(nèi)部加熱，以及空中交通工具的除冰功能。

雖然大型和民用飛機(jī)擁有相當(dāng)先進(jìn)的除冰系統(tǒng)，但小型飛機(jī)和無人機(jī)在冰凍條件下運(yùn)行往往具有挑戰(zhàn)性。該公司表示，此次研究的集成石墨烯涂層玻璃纖維，可作為小型飛行器復(fù)合結(jié)構(gòu)頂層。

雜化復(fù)合材料中熱輻射石墨烯鍍膜玻璃纖維層的熱成像。?室溫為18°C;在施加12 V/0.1 A的電力時(shí)，已經(jīng)觀察到清晰而均勻的熱量

此外，根據(jù)Grafren公司的測(cè)試，石墨烯涂層后，玻璃纖維的導(dǎo)熱性提高了約100倍。這種功能對(duì)于某些應(yīng)用是非?？扇〉?，例如發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，在這些應(yīng)用中，必須通過復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有效地去除多余的熱量。石墨烯的導(dǎo)熱性將熱量傳播到環(huán)境中。這是一個(gè)極其重要的功能，特別是與EMI屏蔽相結(jié)合時(shí)。

裸露的玻璃纖維在1500°C的燃?xì)馊紵鼽c(diǎn)火下熔化6秒后，而石墨烯涂層的玻璃纖維能夠承受120秒。簡單地說，一個(gè)覆蓋著石墨烯涂層玻璃纖維的電池盒可以讓著火的電動(dòng)汽車上的乘客多出20倍的時(shí)間離開汽車——因此，存活的幾率也更高。

最后但并非最不重要的是，玻璃纖維石墨烯涂層對(duì)機(jī)械性能有積極的影響:復(fù)合材料的抗沖擊性提高了200%。這可能會(huì)使玻璃纖維用于沖擊能量阻尼的產(chǎn)品重量減半。

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