グラフェンはよく「万能薬」と呼ばれますが、グラフェンが優れた光学的、電気的、機械的特性を備えていることは否定できません。そのため、業界はグラフェンをナノフィラーとしてポリマーや無機マトリックスに分散させることに熱心に取り組んでいます。「石を金に変える」という伝説の効果はありませんが、一定範囲内でマトリックスの性能の一部を向上させ、適用範囲を広げることもできます。

現在、一般的なグラフェン複合材料は主にポリマーベースとセラミックベースに分類できます。前者についてはさらに多くの研究があります。

一般的に使用される樹脂マトリックスであるエポキシ樹脂（EP）は、接着性、機械的強度、耐熱性、誘電特性に優れていますが、硬化後のエポキシ基を多く含み、架橋密度が高すぎるため、得られる樹脂は製品は脆く、耐衝撃性、電気伝導性、熱伝導性に劣ります。グラフェンは世界で最も硬い物質であり、優れた電気伝導性と熱伝導性を持っています。したがって、グラフェンとEPを複合して作られた複合材料は、両方の利点を兼ね備えており、優れた応用価値を持っています。

     ナノグラフェン表面積が大きく、グラフェンの分子レベルの分散によりポリマーとの強力な界面を形成できます。水酸基などの官能基や製造工程により、グラフェンにしわが寄った状態になってしまいます。これらのナノスケールの不規則性は、グラフェンとポリマー鎖の間の相互作用を強化します。官能化グラフェンの表面にはヒドロキシル、カルボキシル、その他の化学基が含まれており、ポリメチルメタクリレートなどの極性ポリマーと強力な水素結合を形成できます。グラフェンは独特の二次元構造と多くの優れた特性を有しており、EP の熱的、電磁的、機械的特性を改善する上で大きな応用可能性を持っています。

1. エポキシ樹脂中のグラフェン – 電磁特性の改善

グラフェンは電気伝導性と電磁特性に優れており、低ドーズ量で高効率という特徴を持っています。エポキシ樹脂EPの潜在的な導電性改質剤です。研究者らは、その場熱重合によって表面処理された GO を EP に導入しました。対応する GO/EP 複合材料の総合特性 (機械的、電気的、熱的特性など) が大幅に向上し、導電率が 6.5 桁増加しました。

修飾グラフェンをエポキシ樹脂と配合し、修飾グラフェンを2%添加すると、エポキシ複合材料の貯蔵弾性率は4%添加すると113%増加し、強度は38%増加します。純粋な EP 樹脂の抵抗は 10^17 ohm.cm ですが、酸化グラフェンを追加すると抵抗は 6.5 桁低下します。

2. エポキシ樹脂へのグラフェンの応用 – 熱伝導率

追加カーボンナノチューブ(CNT)エポキシ樹脂にグラフェンを 20% CNT と 20%GNP を添加すると、複合材料の熱伝導率は 7.3W/mK に達します。

3. エポキシ樹脂へのグラフェンの応用 - 難燃性

有機官能化酸化グラフェンを 5 wt% 添加すると、難燃値は 23.7% 増加し、5 wt% 添加すると 43.9% 増加しました。

グラフェンは、剛性、寸法安定性、靭性に優れるという特徴を持っています。エポキシ樹脂 EP の改質剤として、複合材料の機械的特性を大幅に改善し、通常の無機充填剤の多量と低い改質効​​率およびその他の欠点を克服します。研究者らは、化学的に修飾された GO/EP ナノ複合材料を適用しました。w(GO)=0.0375%の場合、対応する複合材料の圧縮強度と靭性はそれぞれ48.3%と1185.2%増加しました。科学者らは、GO/EP システムの耐疲労性と靭性の修正効果を研究しました。w(GO) = 0.1% の場合、複合材料の引張弾性率は約 12% 増加しました。w(GO) = 1.0% の場合、複合材料の曲げ剛性と強度はそれぞれ 12% と 23% 増加しました。