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  碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料（CFRP）在航空航天、海洋工程和人造衛(wèi)星等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，CF表面呈現(xiàn)微晶石墨結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出化學(xué)惰性，并且CF與基體之間存在較大的模量差異，導(dǎo)致界面區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力傳遞效率較差。此外，CF/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料通常需要在高溫條件下保持結(jié)構(gòu)完整性。然而，目前市售的CF表面施膠劑大多是環(huán)氧基聚醚基長鏈聚合物,在高溫下非常容易軟化和降解，所以無法充當(dāng)碳纖維和樹脂基體之間的橋梁,導(dǎo)致高溫條件下CF復(fù)合材料的界面粘合性能下降。因此，C復(fù)合材料的整體耐熱性主要受界面層高溫性能的制約。

  基于上述背景，大連理工大學(xué)蹇錫高院士團隊在碳纖維表面引入了納米粒子（GO@CNTs）和自主研發(fā)合成的高性能熱塑性樹脂聚芳醚腈酮（PPENK），如圖1所示。GO和CNTs 主要由具有sp²雜化軌道的碳原子組成，形成高度穩(wěn)定的C-C結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)異的強度和剛度。此外，在高溫下，具有協(xié)同增強效應(yīng)的剛性結(jié)構(gòu)（GO@CNTs）充當(dāng)錨，顯著增強了CF和環(huán)氧樹脂之間的機械嚙合作用。PPENK含有非共平面扭曲鏈的二氮雜萘酮（DHPZ）結(jié)構(gòu)，賦予了其高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（260-306 ℃），也給予了材料高強度、高模量以及優(yōu)異的耐熱性能。然而，與納米材料GO@CNTs相比，其剛性和模量較低。因此，PPENK可以作為柔性結(jié)構(gòu)充當(dāng)連接剛性結(jié)構(gòu)GO@CNTs和環(huán)氧樹脂之間的橋梁，有效地彌合了復(fù)合材料界面區(qū)域的模量不匹配的問題。這是通過在界面區(qū)域構(gòu)建具有適度模量的梯度模量界面層來實現(xiàn)的，這有助于在高溫下將載荷從環(huán)氧樹脂均勻有效的傳遞到CF表面。

 圖 9. 改性 CF 復(fù)合材料：(a) AFM 圖像，(b) 界面模量直方圖，(c)界面結(jié)構(gòu)示意圖。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c04051