碳碳復合材料是指以炭纖維或其織物為增強相，以化學氣相滲透的熱解炭或液相浸漬－炭化的樹脂炭、瀝青炭為基體組成的一種純炭多相結(jié)構(gòu)。具有密度低、熱膨脹系數(shù)低、高溫力學性能好、比強度高等優(yōu)點，使其成為熱結(jié)構(gòu)候選部件。

石墨烯在碳碳復合材料中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在界面改性、結(jié)構(gòu)增強和功能化調(diào)控等方面，顯著提升材料的力學性能、熱穩(wěn)定性及多功能性。

一、界面性能強化

（1）?表面接枝改性?

• 通過石墨烯納米粒子接枝至碳纖維表面，增加表面活性官能團，使界面剪切強度（IFSS）提升至?3 MPa?（較傳統(tǒng)材料提高40%以上），層間剪切強度達?73.5 MPa?。
• 石墨烯改性上漿劑技術(shù)實現(xiàn)石墨烯在水溶液和樹脂中的穩(wěn)定分散，上漿率<1.5%，飽和吸水率<2%，優(yōu)化復合材料加工工藝。

（2）?抑制層間缺陷?

• 石墨烯片層插入碳纖維層間，減少微裂紋，I型層間斷裂韌性提高?3%?，延長疲勞壽命。

二、力學與熱性能提升

（1）?三維結(jié)構(gòu)增強?

• 氧化石墨烯制備三維海綿結(jié)構(gòu)，與碳纖維形成“骨架-肌肉”復合網(wǎng)絡(luò)，解決碳納米管團聚問題，抗拉強度提升>10%，楊氏模量接近?1 TPa?。
• 在碳纖維前體（PAN原絲）中添加0.075wt%石墨烯，碳化后抗拉強度達?1916 MPa?（提升225%），模量增至?233 GPa?（提升184%）。

（2）?高溫穩(wěn)定性優(yōu)化?

1）石墨烯層間阻隔效應(yīng)延緩氧化，使復合材料在惰性氣氛中耐受>2000℃高溫，1500℃下強度不衰減。

2）熱膨脹系數(shù)降低至?1×10??/K?，抗熱震性提升，適用于航天器鼻錐、火箭噴管等極端環(huán)境。

三、功能化應(yīng)用拓展

隨著科技的發(fā)展，碳碳復合材料的應(yīng)用將會更加普及，同時石墨烯材料的應(yīng)用突破也將助力碳碳復材如虎添翼。