纤维素纳晶体调控碳纳米管和石墨烯纳片增强碳纤维聚合物复合材料界面：结构应用的启示

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纤维素纳晶体（CNCs）能够有效地在碳纤维表面涂覆原始碳纳米管（CNTs）和石墨烯纳片（GnPs）。本研究阐明了CNC键合CNT和CNC键合GnP增强碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料界面的形成机制，该复合材料适用于结构应用。研究表明，CNCs为混杂复合材料界面工程提供了合适的平台。混杂纳米材料（CNC与CNT/GnP）改变了界面的化学组成和性能，尽管CNT和GnP具有相似的元素组成，但所得复合材料的力学性能存在差异。结果显示，CNC–CNT和CNC–GnP的存在形成了4 μm的界面区域，使界面剪切强度分别提高了200%和145%，层间剪切强度分别增强了46%和28%。密度泛函理论计算表明，CNC–CNT与碳纤维浆料之间的结合能比CNC–GnP高14%，强调了化学和物理相互作用对所观察到的力学性能差异的影响。本研究的发现为从分子和纳米尺度到更高尺度自下而上制造具有工程化微观结构和性能的混杂复合材料指明了方向。

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