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航空業(yè)依賴輕質(zhì)碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）來(lái)提高燃油效率，這就需要使用雷擊防護(hù)（LSP）和電磁屏蔽，因?yàn)樗鼈兙哂须娊^緣特性。用于LSP的傳統(tǒng)金屬網(wǎng)既重又易腐蝕，因此需要探索替代品。本文，巴西ABC聯(lián)邦大學(xué)Danilo Justino Carastan等研究人員在《ACS Omega》期刊發(fā)表名為“Hybrid Nanofiller-Enhanced Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites (CFRP) for Lightning Strike Protection (LSP)”的論文，研究展示了通過(guò)加入石墨烯納米片（GNPs）和碳納米管（CNTs）增強(qiáng)LSP性能的CFRP納米復(fù)合材料。雖然納米填充環(huán)氧基體中增強(qiáng)的導(dǎo)電性不會(huì)影響CFRP面板的整體導(dǎo)電性，但在模擬雷擊試驗(yàn)后觀察到其損壞率顯著降低。

文獻(xiàn)中的類似方法也注意到了這一差異，但沒(méi)有嘗試進(jìn)行調(diào)和。這項(xiàng)工作提供了一個(gè)框架來(lái)解釋損壞減少機(jī)制，同時(shí)說(shuō)明納米增強(qiáng) CFRP的傳導(dǎo)性略有改善。此外，基于二苯酮的熒光，提出了一種簡(jiǎn)單、無(wú)損的方法來(lái)評(píng)估雷擊測(cè)試后的表面樹(shù)脂降解情況。通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)量、使用建議的紫外線照明方法進(jìn)行損傷模式評(píng)估、ATR-傅立葉變換紅外光譜以及模擬雷擊前后的掃描電子顯微鏡分析，為討論提供了支持。

1、圖文導(dǎo)讀

圖1.本研究中使用的三種負(fù)載條件的示意圖

圖2.所用納米顆粒的代表性 SEM 顯微照片，以及 CNT直徑

（a）和GNP 橫向尺寸（b）測(cè)量值的直方圖。

GNP薄片的代表性AFM顯微照片及其厚度分布（c）

圖3.進(jìn)行模擬雷擊測(cè)試的CFRP樣品的制備過(guò)程示意圖

圖4.CFRP試樣的實(shí)驗(yàn)裝置

（模擬雷擊后拍攝的照片）

圖5.提出了不同電壓水平下CFRP響應(yīng)的機(jī)制圖示。在低電壓下，電荷主要通過(guò)高導(dǎo)電性碳纖維傳播，即使納米填充的環(huán)氧樹(shù)脂基體的導(dǎo)電性在純環(huán)氧樹(shù)脂上有所提高。然而，在雷擊模擬過(guò)程中，電場(chǎng)足夠高，可以驅(qū)動(dòng)一些電流通過(guò)納米填充的基質(zhì)，與非增強(qiáng)基質(zhì)相比，分散電流并減少纖維周圍的局部熱量。

小結(jié) 

研究了碳基納米填料對(duì)雷擊損傷的耐受性及其影響。比較了單層原始碳纖維增強(qiáng)塑料（e-CFRP）和填充了3wt%石墨烯納米片（GNP-CFRP）或2.5wt%石墨烯納米片和0.5 wt%碳納米管組合（GNP/CNT-CFRP）的納米復(fù)合材料。結(jié)論如下

1. 加入碳基納米填料后，環(huán)氧基體的導(dǎo)電性明顯提高。石墨烯填充的環(huán)氧樹(shù)脂在2.11wt %GNP的水平上達(dá)到了滲流效果。GNP和CNT 填料的組合進(jìn)一步提高了環(huán)氧基體的導(dǎo)電性，這很可能是由于它們的長(zhǎng)徑比不同，從而防止了團(tuán)聚。盡管添加納米填料后基體本身的導(dǎo)電性明顯提高，但不同CFRP復(fù)合材料之間的導(dǎo)電性沒(méi)有明顯改善。

2. 加入碳基納米填料后，耐損傷性明顯增強(qiáng)?；旌咸畛湮铮℅NP/CNT-CFRP）的耐受性最好，熱解和樹(shù)脂劣化明顯減少。這要?dú)w功于納米填料的網(wǎng)絡(luò)，它能有效地在徑向分散電流。

3. 首次討論了在CFRP樣品整體導(dǎo)電性沒(méi)有顯著增強(qiáng)的情況下提高雷擊耐受性的問(wèn)題。這歸因于材料在不同電壓水平下的不同反應(yīng)，這使得僅通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率測(cè)量難以預(yù)測(cè)納米加固的有效性。

4.通過(guò)擬議的紫外光照射方法，可有效檢測(cè)樹(shù)脂劣化，證明了其作為損傷評(píng)估補(bǔ)充技術(shù)的價(jià)值。雷擊后熱引起的樹(shù)脂劣化導(dǎo)致環(huán)氧系統(tǒng)氧化，形成熒光二苯酮實(shí)體。這種降解也可以通過(guò)ATR-FTIR進(jìn)行檢測(cè)。

文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1021/acsomega.4c03272