石墨烯和碳纳米管增强纤维增强复合材料的增强机制和力学性能研究进展

摘要整理

本综述总结了石墨烯和碳纳米管（CNTs）增强纤维增强复合材料（FRP）力学性能的最新进展。系统评述了石墨烯和CNTs掺入FRP结构的不同制备方法。重点综述了石墨烯和CNTs对界面剪切强度（IFSS）、层间剪切强度（ILSS）、层间断裂韧性（ILFT）、拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击性能和疲劳特性等力学性能的增强效果，并深入讨论了各性能相关的增强机制。这些增强机制是一个复杂的系统工程，其关键在于石墨烯和CNTs引起的纤维与基体间的界面问题。本综述深入评述了纳米填料增强基体与纤维间界面性能改善所带来的各项力学性能提升。详细回顾了代表性文献中CNTs和石墨烯的添加工艺与强化机制，分析了四种增强机制及协同效应，包括润湿性、机械互锁、化学键合和过渡层。针对复合材料层板ILFT的改善，详细讨论了石墨烯和CNTs引起的各种纳米增强策略及防止分层失效的增韧原理。综述了石墨烯和碳纳米管增强复合材料力学性能的建模分析工具，包括分子动力学方法、有限元方法和多尺度建模方法。最后讨论了石墨烯和碳纳米管增强机制中存在的若干问题。

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