通过单纤维断裂试验评估皱褶石墨烯纤维的界面性能

摘要： 石墨烯纤维因其高导电性、优异抗拉强度和良好柔韧性，在超级电容器、染料敏化太阳能电池、驱动器、马达、可拉伸电路及功能复合材料中展现出广泛应用前景。其高强度特性使其成为复合材料理想的增强材料。然而作为纤维增强复合材料的关键要素，界面性能尚未见相关研究报道。本研究通过湿法纺丝与热退火工艺制备出高强度石墨烯纤维（最高达890.1 MPa），构建了石墨烯纤维增强单丝复合材料，并开发出新型简便的断裂测试法来定量评估石墨烯纤维界面性能。该石墨烯纤维界面剪切强度达60.6 MPa，在碳纳米管纱线及商用碳纤维复合材料中表现突出。优异的界面性能源于表面褶皱与沟槽结构，这些微观特征在石墨烯纤维与树脂间形成强物理互锁作用，有效促进应力传递。本研究为石墨烯纤维增强复合材料的发展奠定了基础。