碳基復合材料在機械工程中的應用碳基復合材料，及其性質、用途碳基復合材料在各領域中的應用碳基復合材料的發展趨勢與前景。碳基復合材料在機械工程中的應用碳基復合材料，及其性質、用途1

顧名思義，碳基復合材料就是以碳纖維(織物)或碳化硅等陶瓷纖維(織物)為增強體，以碳為基體的復合材料。碳基復合材料的定義顧名思義，碳基復合材料就是以碳纖維(織物)或碳化2碳基復合材料的簡介碳/碳復合材料是六十年代發展起來約一種新型耐高溫材料，它是由增強碳和基體碳所組成的多相材料。增強碳可以是不同類型的碳(或石墨)纖維及其織物。在碳/碳復合材料中起著骨架和增強劑的作用。基體碳起粘接作用，目前的基體碳可以是樹脂碳、瀝青碳和沉積碳。碳/碳復合材料目前在國外已經被公認是高級載入飛行器鼻錐和固體火箭發動機噴營等關鍵部位最理想的耐燒蝕、防熱材料。碳/碳復合材料的工程應用也日趨成熟?，F己用于美國民兵Ⅲ洲際導彈彈頭，全碳/碳化的火箭發動機噴管也成功地通過了試驗。碳基復合材料的簡介碳/碳復合材料是六十年代發3碳基復合材料的性質比重??；化學穩定性高；耐熱性好（非氧化性氣氛）；導電、導熱性能好；耐腐蝕性好。碳基復合材料的性質比重小；4碳基復合材料的優缺點優點缺點高溫形狀穩定升華溫度高燒蝕凹陷低平行于增強方向具有高強度和高剛度在高溫條件下的強度和剛度可保持不變抗熱應力抗熱沖擊力學性能為假塑性抗裂紋傳播非脆性破壞衰弱脈沖化學惰性重量輕抗輻射性能可調整原材料為非戰略材料易制造和加工材料：非軸向性能差

破壞應變低

空洞含量高

洞分布不均勻

纖維與基體結合差

導熱系數高

抗氧化能力差

抗顆粒浸蝕性差

成本高加工：制造加工周期長可還原性差設計：設計與工程性能受限制

缺乏破壞準則

設計方法復雜

環境特征曲線復雜

各向異性

尚無較好的非破壞檢驗方法

使用經驗不足

鏈接與接頭困難碳基復合材料的優缺點優點缺點高溫形狀穩定材料：非軸向性5碳基復合材料的應用

航天技術方面在航天飛機機翼和尾翼的前緣由于使用了碳/碳材料．大大地減輕了航天飛機的重量。全碳/碳化固體火箭發動機噴管是今后的發展方向。碳/碳材料還可以制作液體火箭發動機的噴喉。在衛星和飛船上還大量地用碳/碳材料制作熱防護罩，航空工業方面英、美、法等國家制造的碳/碳剎車盤，為飛機提供了磨擦制動，能控制飛機在地面運動的方向和速度。碳/碳剎車盤不僅用于高性能的軍用飛機，并已投入民用航線使用，如：協和號飛機。這種剎車盤比鋼剎車盤強度高，剛性好，可以節省約50%的重量，操作安靜，著陸次數可提高5-6倍。在醫療上的應用已經用碳/碳復合材料制成了人工心瓣膜。碳基復合材料的應用航天技術方面6

碳基復合材料在各領域中的應用碳/碳復合材料是一種新型高溫材料,具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優異性能。該材料的密度不到2.0g/cm3,僅為鎳基高溫合金的1/4,陶瓷材料的1/2,尤其是這種材料隨著溫度升高(可達2200℃)其強度不僅不降低,甚至比室溫還高,這是其它材料所無法比擬的獨特的性能。碳/碳復合材料的研制工作，可追溯到20世紀60年代初。1961年在日本首先用聚丙烯腈（PAN）原絲制成高性能碳纖維。1963年英國的研究人員發明用牽引法提高纖維結構的取向，進一步提高了碳纖維的強度和彈性模量。到60年代末，提高碳纖維性能和生產效率的辦法日趨完善。高強度、超高強度、高模量和高強中模量的碳纖維形成規模生產并開始商品化。碳基復合材料在各領域中的應用碳/碳復7碳纖維年耗量(2004年10月德國漢堡國際碳纖維會議)碳纖維年耗量(2004年10月德國漢堡國際碳纖維會議)8近年來,美、俄、法等國家又開發了許多混雜其它材料的新型碳/碳材料,以滿足不同的特殊使用要求：

在碳/碳材料中混入Si3N4、SiC、TiC、TaO、TaC等粉末,以提高碳/碳材料抗粒子侵蝕性能。更新的彈頭鼻錐防熱材料是針刺細編織物在穿刺或編織過程中加入改進性能的組分,如耐熔金屬絲、耐侵蝕粒子等,這樣可大大改進抗粒子侵蝕性能,達到“全天候”的目的。此外,四向或更多向碳基復合材料也是研制發展的方向,由于采用了交錯網絡結構和增加了增強方向數,不僅增加了各向同性、提高了抗侵蝕能力,也改進了耐燒蝕性。近年來,美、俄、法等國家又開發了許多混雜91.航天航空

航空領域的材料體系更強調性能與可靠性的綜合,先進復合材料的應用不僅具有減重的效益,而且還使飛機結構的其他性能得到提升。例如復合材料的氣動剪裁技術可顯著提高結構效率;整體成形技術可有效減少連接,提高結構可靠性,降成本;復合材料耐腐蝕抗疲勞特點可降低維護成本。隨著新一代航空航天器向高超聲速方向的發展,苛刻的超高溫服役環境對材料及結構的承載與防熱提出了嚴峻考驗,碳/碳復合材料是適應這種需求的重要候選材料。碳/碳復合材料從碳纖維增強相結構可分為碳氈C/C和多向編織C/C復合材料。作為一種新型戰略材料,在美、俄、法、英、日等國家,其研制發展主要由空軍、海軍或政府預算中給予支持,因此,碳/碳復合材料的國防專用性和強烈的軍事背景使其研制和使用具有高度的機密性。碳基防熱復合材料主要用于燒蝕防熱和熱結構,較好地解決了輕質化、抗熱震、耐侵蝕等技術難題。1.航天航空航空領域的材料體系更強調性能與10圖復合材料在民機上的應用國外自1980年的F-18軍機開始,最新研究的殲擊機全部采用復合材料機翼,而且在機身上也大量采用先進復合材料,占結構重量的25%～50%。如第四代機中的F22復合材料占結構重量的25%,法國Rafale占40%,瑞典JAS39占30%,歐洲EF2000則大于40%,美國的殺手锏武器B2轟炸機占50%。民機上的復合材料用量也有大幅度提高。波音B777共用復合材料9.9噸,占結構總重的11%;“夢想飛機”B787用復合材料將達50%;A380大型客機可容納乘客500～650人,僅碳纖維復合材料用量就達32噸左右,加上其他各種復合材料,總用量在25%左右,開創了大型民機大量使用復合材料的先河。圖復合材料在民機上的應用國外自198111.1碳/碳復合材料剎車盤減重方面：從宏觀上分析,碳/碳復合材料剎車盤的優越之處主要源于其本身密度小,耐高溫的特點,由于其密度小、使用碳/碳盤后可以使每架飛機重量大大減輕。如：空中客車A310減重499kg,A300-600減重590kg,A330及A340減重998kg，麥道公司的MD-11減重900kg。優異的高溫性能：一架飛機剎車摩擦引起的溫升高達500℃以上,尤其是最苛刻的起飛緊急剎車引起的溫升超過1000℃,一架波音747-400的剎車系統在起飛中緊急剎車時會產生1.75×108kgm的功,一些剎車元件將達到熔點,此時碳/碳材料的耐高溫性能就顯示了極大的優越性。1.1碳/碳復合材料剎車盤減重方面：12就微觀結構而言,石墨晶體屬于層狀結構,碳原子排列于一系列相距較遠(0.3414nm)的原子面上,在各層面上的碳原子按正六角形排列,原子在同層之內的結合力遠遠大于層間結合力,鄰層之間的結合鍵能明顯較低,容易滑移,摩擦阻力小,而薄片層內的碳原子在滑動時卻不會潰散,有較大的承載能力。同時碳/碳材料又不屬于純石墨結構,碳/碳復合材料中碳纖維和熱解碳的微觀組織屬于亂層石墨結構,因而摩擦系數比石墨高。碳纖維一方面起著增強基體的作用,使剎車盤具有足夠的強度和剛度,同時由于其石墨化度不高,提高了摩擦系數,因此通過調整碳/碳材料碳纖維的體積含量可以得到既有足夠強度又有適中摩擦系數的碳/碳盤,通過改變基體熱解碳的石墨化度還可以進一步改善其摩擦磨損性能。從而使碳/碳剎車盤具有合適的摩擦系數和很好的耐磨性。采用碳/碳盤后更換周期大幅度延長,一個周期可達到1500～3000個起落,壽命提高5～6倍就微觀結構而言,石墨晶體屬于層狀結構,13國外現狀目前世界上已有60余種飛機采用了碳/碳剎車裝置。歐美公司生產的民航飛機的剎車系統已逐漸用碳/碳盤取代鋼盤,如空中客車公司的所有飛機都采用了碳/碳剎車裝置。美國從事航空機輪和碳剎車裝置的專業公司：Hitco、聯信公司的Bendix公司、ABS、B.F.Goodrich以及碳化硅公司、聯合碳化物公司等。法國研制碳/碳剎車裝置的：歐洲動力裝置公司、米西爾-西班牙-畢加第公司、洛林碳業公司、國營宇航公司、化物公司等。日本從事碳/碳剎車材料研制工作的：萱場工業公司、東邦貝斯綸公司和東京工業材料研究所等。英國主要研制和生產碳/碳剎車裝置的公司：鄧祿普公司等。國外現狀目前世界上已有60余種飛機采用了碳14國內現狀我國從70年代初開始研制碳/碳剎車裝置,先后參與此項工作的有：蘭州碳素廠、514廠、上海碳素廠、煙臺冶金新材料研究所、西北工業大學等。其中采用的工藝方法主要為CVD法，在致密化工藝、增強體準備、性能控制等方面,取得了一些成績。研制出了某型飛機碳/碳盤樣件、BAe146碳/碳盤樣件、碳/碳盤的縮比件。并進行了性能及結構方面的研究,尤其在摩擦磨損機理、石墨化度的影響及提高石墨化度的方法等方面進行了較深入的探討,提出了高摩擦性能碳/碳材料的模型。國內現狀15

1.2碳/碳復合材料發動機熱端隨航空事業的發展,對航空發動機推重比有越來越高的要求,而提高新型發動機推重比的關鍵是提高熱效率,其實現辦法是提高空氣壓縮比和提高渦輪進氣溫度。因此,航空渦輪發動機和工業渦輪發動機渦輪進氣溫度將會有更大的提高,這就對發動機熱端部件的材料提出了越來越高的要求,能夠在1600～2000℃高溫下正常工作的材料只有碳/碳復合材料。

特殊功能:(1)在1600℃以上仍能保持強度不降低;(2)減輕發動機重量,提高推重比;(3)減少冷空氣消耗,提高發動機效率;(4)提高工作溫度,提高發動機的熱效率。1.2碳/碳復合材料發動機熱端隨航空事16國外現狀近幾年來,世界各發達國家正在把碳/碳復合材料逐步應用在發動機構件上美國已把這種材料用在F100飛機發動機噴嘴和加力燃燒室噴管上;Hitco公司已制成了魚鱗片;LTV公司制造出了渦輪葉片和盤整體部件,并在1760℃溫度下進行了地面超轉試驗;通用電氣公司JID驗證機低壓渦輪部分用碳/碳材料制造出渦輪葉片和盤整體部件,運轉溫度1649℃,比一般渦輪高出555℃,而且不用氣冷,已試驗成功；法國、德國、俄羅斯也已分別制造出燃燒室噴油桿,渦輪轉子外環等零件。國外現狀近幾年來,世界各發達國家正在把碳/碳復合材料逐步17近幾年來西北工業大學開展了一些研究工作,主要進展有以下幾個方面:(1)針對碳/碳復合材料生產周期長、工藝難度大、成本居高不下的問題,開發了兩種新的成形工藝法,即超高壓成形工藝和快速氣相沉積工藝,(2)為解決碳/碳材料的氧化問題,通過在基體中添加的SiO2、ZrO2,Al2O3等,研究了基體改性對抗氧化的影響(3)在超高溫性能測試及評價方面,已研究了單向碳/碳復合材料在1900～2300℃的持久強度和蠕變特征,(4)在應用研究方面,制備出了微型發動機尾噴管、葉片樣件、高溫保護套管等，研究了多種制件的成形工藝方法。國內現狀近幾年來西北工業大學開展了一些研究工作,主要進展有以下幾個182.火箭發動機碳纖維復合材料制造的殼體具有強度高、剛度大、尺寸穩定等特點，因此，碳纖維復合材料可用于新型陸基機動同體洲際導彈一、二、三級發動機殼體、新一代中程地地戰術導彈發動機殼體。碳纖維增強復合材料在火箭發動機上主要用作推力室噴管材料,一是用作固定的噴管延伸段,二是用作可移動的噴管延伸段(可延伸噴管)。除此之外,小推力室也可整體用這種材料制造。固體發動機噴管屬于非冷卻型,工作環境極其惡劣。特別是喉部的高溫、高壓二相流燃氣的機械沖刷、化學侵蝕和熱沖擊十分嚴厲,材料選擇是現代固體火箭推進的重大關鍵技術。

早期的噴管多使用復合型結構,即以金屬或高強度玻璃鋼為結構材料,高熔點金屬或優質石墨為耐熱—吸熱材料,燒蝕型增強塑料為絕熱材料。其結構復雜,配合界面多,質量大,工藝周期長,也增加了不可靠度。80年代以來,發展高性能固體發動機的主攻方向由“高能”轉向“輕質、可控”,,高性能發動機噴管沖質比要求已達到150000N·s/kg以上。正是性能優異的多向編織碳/碳材料的涌現,從根本上解決了這個矛盾,實現了噴管技術的飛躍。2.火箭發動機碳纖維復合材料制造的殼體具有19先

進

固

體

發

動

機

噴

管

材

料

應

用先

進

固

體

發

動

機

噴

管

材

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應

用20現狀：隨著航空航天飛行器各項陛能的不斷提高，對結構件所用材料的要求也越來越高。

國外發動機殼體目前的主要應用方向是采用碳纖維纏繞殼體，使發動機質量比有較大提高。而國內目前尚沒有碳纖維纏繞的固體發動機殼體，所用樹脂基體的耐熱性也不高，殼體外層的熱防護涂層也增加了殼體的消極質量。為此應給予經費支持，盡快開展高性能耐熱基體材料、高性能碳纖維在固體發動機殼體上的應用等方面的研究，早日實現碳纖維增強復合材料同體發動機白防熱殼體的應用，提高武器系統的綜合性能。現狀：隨著航空航天飛行器各項陛能的不斷提213.其它：①釣魚桿現年產量約1200萬只，年碳纖維用量1200t；②高爾夫球桿隨著輕量化和長尺寸化的要求，現已占碳纖維體育用品用途的50％，年碳纖維用量為2000t；③網球拍的年市場規模約為450萬只，年碳纖維用量約500t；④人造衛星結構體、太陽能電池板和天線要用高模碳纖維，先進的運載火箭和導彈殼體、發射筒等要用800H和T300碳纖維等；⑤土木建筑領域，已用于補修加工用片材、建筑部件、代鋼筋材料、屋頂構架材料等；⑥能源領域，已用于汽車的壓縮天然氣罐和風車葉片(長達30-40m)、海底油田管道、升降機等；⑦交通運輸方面，已應用于賽車、汽車傳動軸、大型卡車車體等；⑨電子電器領域，已應用于增強熱塑性樹脂的擠出成型品，如抗靜電IC盤、筆記本電腦的筐體，具有電磁波屏蔽效果；⑧還有X-射線盒、醫用床板、印刷、制膜、造紙等用的各種滾軸、空氣或氧氣呼吸用壓力容器等等。3.其它：①釣魚桿現年產量約1200萬只，年碳纖維用量12022碳基復合材料的發展趨勢與前景航空領域電化學方面電子器件方面簡述總體情況碳基復合材料的發展趨勢與前景航空領域23航空領域的發展與前景隨著航空、航天及國防事業的發展,對材料的要求不斷提高,其服役條件越來越苛刻,材料在極端環境下的行為研究對軍用先進材料的發展和武器裝備性能提高的影響也越來越突出。碳基復合材料的輕質、高比強、高比模和耐超高溫等一系列優異的綜合性能,賦予這類材料在航空航天領域的優勢地位。航空領域的發展與前景隨著航空、航天及國防事業的發展24目前,美國、俄羅斯等國都把以碳基復合材料為代表的先進功能結構材料應用于導彈、航天飛機、火箭發動機以及飛機的制動器方面隨著現代無線電技術和雷達探測技術的迅猛發展，軍事防御系統對武器裝備的隱身能力提出越來越高的要求。微波吸收材料作為一種重要的軍事隱身功能材料，其發展引起廣泛的關注。由于傳統型吸波材料密度大、吸收頻帶窄，使其應用受到限制，因此新型吸波材料的開發成為主要的研究方向目前,美國、俄羅斯等國都把以碳基復合材料為代表的先進功能25碳纖維復合材料主要是以滿足航空航天對高性能材料的要求而發展起來的。隨著碳纖維復合材料的優異性能越來越多地被認識和接受，其在能源、交通、汽車、海洋、建筑及其他工業部門的應用近年來在快速地發展。根據產品規格的不同，碳纖維目前被劃分為宇航級和工業級兩類，亦稱為小絲束和大絲束。宇航級碳纖維為小絲束碳纖維，主要應用于國防軍工和高技術，以及體育休閑用品等。工業級碳纖維應用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等民用工業。碳纖維復合材料主要是以滿足航空航天對高性能材26電化學傳感器催化劑材料及載體超級電容電池材料電化學方面的發展與前景

由于石墨烯具有非常高的電導率、以及高的比表面積使其在傳感器、催化劑材料及載體、以及超級電容等器件中擁有巨大的應用潛力。

電化學傳感器催化劑材料及載體超級電容電池材料電化學方面的發展27傳感器

石墨烯的表面可以吸附氣體分子，由于不同的氣體分子可以作為電子的受體也可以為電子的給體，所以氣體分子的吸附將影響石墨烯的載流子濃度，引起石墨烯電導率的變化?；谑┑膫鞲衅骺梢愿叨让舾械姆磻鰵怏w分子的吸附與脫附，甚至可實現單分子級別的探測[[69-72]。石墨烯還被證明在其他傳感器中有良好的表現。傳感器石墨烯的表面可以吸附氣體分子，由于不同的氣體分子28催化劑材料及載體

如石墨烯與金的復合材料在氧還原的過程中顯示出了較好的電催化性能[[60];做為燃料電池中甲醇催化氧化常用的催化材料Pt,Pd等材料負載到石墨烯上也表現出優秀的催化能力[[76,so,si]，而H.YLi等人使用磷鋁酸修飾石墨烯負載Pt/Ru納米顆粒更是獲得比單獨石墨烯負載Pt/Ru納米顆粒更好的催化活性及電化學穩定性fszl0因為擁有大的比表面積，以及化學、電化學上的穩定性，碳材料經常會被用于催化劑材料的載體。而相比其他碳材料，石墨烯具有更大的比表面積，理論值達到2630m2/g，同時還具有更優異的電荷傳輸能力，所以研究人員以石墨烯為催化劑載體展開了大量的研究。目前很多納米材料如Pt}Pd}Au等等已成功的負載在石墨烯上，并已證明這些復合材料表現出了良好的催化活性和電化學響應[[60,76-79]。

由于石墨烯超大的比表面積，不僅可以成為催化材料的載體，還可以成為藥物的載體。

催化劑材料及載體如石墨烯與金的復合材料在氧還原的過程中顯示29

超級電容

雖然超級電容器件的能量密度遠遠大于普通電容，但卻仍低于電池，所以為提高超級電容的性能，人們一直在努力尋找更好的電極材料。而經過對石墨烯材料應用于超級電容研究發現，石墨烯及其復合材料在超級電容中也表現出了良好的性能。石墨烯與聚苯胺的復合材料的容量達到233Fg1，而石墨烯與Ni(OH)z復合材料的容量更是達到了1335Fg1超級電容雖然超級電容器件的能量密度遠遠大于普通電容，30電池材料

目前商用的電極中最常用的正極材料是石墨，雖然石墨在鏗離子的嵌入與脫嵌中有良好的性能，但是較低的比容量使得最終整個電池的性能受到了限制[99]。由于優異的導電能力，高的比表面積，及化學穩定性，人們使用石墨烯或基于石墨烯的復合材料作為正極材料已經做了大量的研究。Honma0等人使用石墨烯，石墨烯/碳納米管，石墨烯/富勒烯分別作為正極材料研究了電池性能[[1oa]。經測試得到石墨烯的比容量達到540mAhg1，遠遠高于石墨。而添加了碳納米管和富勒烯的復合材料更是增大到了730和784mAhg“1。隨后的研究中人們發現石墨烯與金屬氧化物的復合材料可以獲得更好的電池性能，如石墨烯與Fe30;的復合材料最終可以達到1026mAhg。電池材料目前商用的電極中最常用的正極材料是石墨，雖然石墨31電子器件方面的發展與前景光電器件納米電子器件電子器件方面的發展與前景光電器件納米電子器件32光電器件由于擁有非常高的電導率，載流子遷移率以及在可見光范圍內高的光學透過性，以石墨烯制備透明導電薄膜在光電器件中擁有令人期待的應用前景，尤其是石墨烯可以制備出柔性薄膜，使其更可以應用于柔性光電器件之中。目前已有多種基于石墨烯薄膜的光電器件被制備與研究，如斯坦福大學J.B.Wu等人通過高溫退火氧化石墨的方法制備出石墨烯導電薄膜，并以此為電極成功制備出性能接近于商用ITO電極的有機發光器件(OLED)C.H.Lee等人制備了基于無機納米結構的柔性LED發光器件;S.K.Bae等人制備出了30英寸的基于石墨烯透明導電薄膜的觸摸屏。另外，報道顯示目前{IBM}Nokia}Samsung等多家公司都開展了石墨烯相關的項目研究。國內也在石墨烯的相關應用研究中取得巨大進展，2012年1月8日，江南石墨烯研究院、常州二維碳素科技有限公司、無錫麗格光電科技有限公司、深圳力合光電傳感器技術有限公司聯合發布研制成功全球首款手機用石墨烯電容式觸摸屏。光電器件由于擁有非常高的電導率，載流子遷移率以及在可見33納米電子器件石墨烯在室溫下的電子遷移率是商用硅片的10倍，并且受環境變化的影響很小，被認為是替代硅用以制備下一代納米電子器件的極佳材料。但是石墨烯用作晶體管面臨著兩個重要的問題，一個是石墨烯是零帶隙半導體，缺乏帶隙，另一個是一般方法制備出的石墨烯由于會主動吸附空氣中的氧和水使得石墨烯基本都呈現為P型。為了在石墨烯中引入能帶，人們已經找到了許多方法，如襯底與石墨烯的相互作用或將石墨烯制備為納米帶等等[[93-96]，還有一種常用的方法就是在石墨烯的內部或者邊緣摻雜、引入特定的原子或基團。目前N型摻雜的石墨烯的場效應晶體管己經被多個小組制備并研究，如通過石墨烯納米帶的電化學反應或者高溫在氨氣中退火氧化石墨獲得N摻雜石墨烯，從而實現了N型場效應晶體管的制備。納米電子器件石墨烯在室溫下的電子遷移率是商用硅片的10倍，34簡述總體情況碳纖維復合材料國內外發展現狀及趨勢在碳纖維復合材料研制中，關鍵是高性能碳纖維，它是制約先進碳纖維復合材料發展的瓶頸。但在一步步解決。應用范圍從少數高科技領域、軍事部門發展到整個工業民用的各個部門。復合材料具有多種優良性能，但居高不下的成本仍然是制約其廣泛應的主要原因。進入21世紀后，復合材料的市場需求急劇上升，而成本問題也就更為突出，為了應對這一局面，各國都采取了相應的措施和策略，由過去的性能優先向重視性能成本的折中平衡轉變，實現復合材料結構低成本化而又不犧牲復合材料的強度優勢。因而低成本技術已成為復合材料發展的重要趨勢。低成本技術涉及原材料、成型、加工制造以及使用保障等方面，而低成本成型技術直接關系到復合材料的發展。簡述總體情況碳纖維復合材料國內外發展現狀及趨勢35國外碳發展趨勢及趨勢

全球碳纖維供不應求，為了應對供應緊張的局面，世界碳纖維生產巨頭都提出了雄心勃勃的增產計劃。日本東麗集團公司最近宣布，將投入160億日元在愛媛工廠擴建工業用碳纖維生產線。三菱麗陽公司近日也宣布，為了擴大碳纖維的生產能力，將對廣島縣大竹市的大竹事業所投資約120億日元。

除了上述公司之外，西格里集團作為歐洲惟一一家能夠供應碳纖維原絲、獨立擁有碳纖維研發技術，并擁有從原材料到復合成品完整增值產業鏈的供應商，將其核心競爭力定位于高溫技術、碳化和石墨化技術。它將擴大美國的生產基地，在德國梅亭根新建一個生產基地，建立全球碳纖維技術與創新中心。整個計劃在五年內需投資約3億歐元。國外碳發展趨勢及趨勢全球碳纖維供不應求，為了36在歐洲，低成本復合材料結構在運輸機主翼上的適用性研究進入最終階段；在美國，空軍NASA制定了各種計劃，其中有代表性的計劃是ACT計劃，其開發目標是相對于現有鋁結構成本降低25%，該目標非常之高。

西歐、美國和日本在家居用品方面，復合材料的用量在過去的20年間也有很大的增長，而在中國，大規模地采用復合材料成品的市場還有待于進一步開發。在歐洲，低成本復合材料結構在運輸機主翼上的適37我國從20世紀60年代后期開始研制碳纖維，歷經40多年的發展歷程。由于國外嚴格控制封鎖，制約了我國碳纖維工業的發展，與國外相比有很大差距。隨著我國經濟的快速發展，碳纖維需求與日俱增，雖然國際上一些公司T300級原絲和碳纖維產品對我國開始解凍，但碳纖維及其復合材料的生產關系到國防建設，必須立足國內。研制生產高性能、高質量的碳纖維，以滿足軍工和民用產品的需求，扭轉大量進口的局面，是我國碳纖維工業發展亟待解決的問題。

碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品。在國家政策的重點扶持下，國內碳纖維的研究開發和生產呈現出令人鼓舞的發展趨勢。

國內的發展現狀及趨勢我國從20世紀60年代后期開始研制碳38參考文獻：【1】杜善義，先進復合材料與航空航天，2007，（2）【2】李賀軍、羅瑞盈、楊崢(西北工業大學)，碳/碳復合材料在航空領域的應用研究現狀，1997【3】張曉虎、孟宇、張煒（中國航天科技集團四院四十三所），碳纖維增強復合材料技術發展現狀及趨勢，2004，（3）【4】霍肖旭、劉紅林、曾曉梅（中國航天科技集團四院四十三所），碳纖維復合材料在固體火箭上的應用，2000，（6）【5】林德春、張德雄（西安向陽航天科技集團公司）、陳繼榮（華東理工大學），固體火箭發動機材料現狀和前景展望【6】唐見茂，碳纖維樹脂基復合材料發展現狀及前景展望，2010年6月【7】李文博，碳基復合材料制備及其電化學電極研究，2012年5月參考文獻：39碳基復合材料在機械工程中的應用碳基復合材料，及其性質、用途碳基復合材料在各領域中的應用碳基復合材料的發展趨勢與前景。碳基復合材料在機械工程中的應用碳基復合材料，及其性質、用途40

顧名思義，碳基復合材料就是以碳纖維(織物)或碳化硅等陶瓷纖維(織物)為增強體，以碳為基體的復合材料。碳基復合材料的定義顧名思義，碳基復合材料就是以碳纖維(織物)或碳化41碳基復合材料的簡介碳/碳復合材料是六十年代發展起來約一種新型耐高溫材料，它是由增強碳和基體碳所組成的多相材料。增強碳可以是不同類型的碳(或石墨)纖維及其織物。在碳/碳復合材料中起著骨架和增強劑的作用。基體碳起粘接作用，目前的基體碳可以是樹脂碳、瀝青碳和沉積碳。碳/碳復合材料目前在國外已經被公認是高級載入飛行器鼻錐和固體火箭發動機噴營等關鍵部位最理想的耐燒蝕、防熱材料。碳/碳復合材料的工程應用也日趨成熟?，F己用于美國民兵Ⅲ洲際導彈彈頭，全碳/碳化的火箭發動機噴管也成功地通過了試驗。碳基復合材料的簡介碳/碳復合材料是六十年代發42碳基復合材料的性質比重小；化學穩定性高；耐熱性好（非氧化性氣氛）；導電、導熱性能好；耐腐蝕性好。碳基復合材料的性質比重??；43碳基復合材料的優缺點優點缺點高溫形狀穩定升華溫度高燒蝕凹陷低平行于增強方向具有高強度和高剛度在高溫條件下的強度和剛度可保持不變抗熱應力抗熱沖擊力學性能為假塑性抗裂紋傳播非脆性破壞衰弱脈沖化學惰性重量輕抗輻射性能可調整原材料為非戰略材料易制造和加工材料：非軸向性能差

破壞應變低

空洞含量高

洞分布不均勻

纖維與基體結合差

導熱系數高

抗氧化能力差

抗顆粒浸蝕性差

成本高加工：制造加工周期長可還原性差設計：設計與工程性能受限制

缺乏破壞準則

設計方法復雜

環境特征曲線復雜

各向異性

尚無較好的非破壞檢驗方法

使用經驗不足

鏈接與接頭困難碳基復合材料的優缺點優點缺點高溫形狀穩定材料：非軸向性44碳基復合材料的應用

航天技術方面在航天飛機機翼和尾翼的前緣由于使用了碳/碳材料．大大地減輕了航天飛機的重量。全碳/碳化固體火箭發動機噴管是今后的發展方向。碳/碳材料還可以制作液體火箭發動機的噴喉。在衛星和飛船上還大量地用碳/碳材料制作熱防護罩，航空工業方面英、美、法等國家制造的碳/碳剎車盤，為飛機提供了磨擦制動，能控制飛機在地面運動的方向和速度。碳/碳剎車盤不僅用于高性能的軍用飛機，并已投入民用航線使用，如：協和號飛機。這種剎車盤比鋼剎車盤強度高，剛性好，可以節省約50%的重量，操作安靜，著陸次數可提高5-6倍。在醫療上的應用已經用碳/碳復合材料制成了人工心瓣膜。碳基復合材料的應用航天技術方面45

碳基復合材料在各領域中的應用碳/碳復合材料是一種新型高溫材料,具有重量輕、模量高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊、耐腐蝕、吸振性好等一系列優異性能。該材料的密度不到2.0g/cm3,僅為鎳基高溫合金的1/4,陶瓷材料的1/2,尤其是這種材料隨著溫度升高(可達2200℃)其強度不僅不降低,甚至比室溫還高,這是其它材料所無法比擬的獨特的性能。碳/碳復合材料的研制工作，可追溯到20世紀60年代初。1961年在日本首先用聚丙烯腈（PAN）原絲制成高性能碳纖維。1963年英國的研究人員發明用牽引法提高纖維結構的取向，進一步提高了碳纖維的強度和彈性模量。到60年代末，提高碳纖維性能和生產效率的辦法日趨完善。高強度、超高強度、高模量和高強中模量的碳纖維形成規模生產并開始商品化。碳基復合材料在各領域中的應用碳/碳復46碳纖維年耗量(2004年10月德國漢堡國際碳纖維會議)碳纖維年耗量(2004年10月德國漢堡國際碳纖維會議)47近年來,美、俄、法等國家又開發了許多混雜其它材料的新型碳/碳材料,以滿足不同的特殊使用要求：

在碳/碳材料中混入Si3N4、SiC、TiC、TaO、TaC等粉末,以提高碳/碳材料抗粒子侵蝕性能。更新的彈頭鼻錐防熱材料是針刺細編織物在穿刺或編織過程中加入改進性能的組分,如耐熔金屬絲、耐侵蝕粒子等,這樣可大大改進抗粒子侵蝕性能,達到“全天候”的目的。此外,四向或更多向碳基復合材料也是研制發展的方向,由于采用了交錯網絡結構和增加了增強方向數,不僅增加了各向同性、提高了抗侵蝕能力,也改進了耐燒蝕性。近年來,美、俄、法等國家又開發了許多混雜481.航天航空

航空領域的材料體系更強調性能與可靠性的綜合,先進復合材料的應用不僅具有減重的效益,而且還使飛機結構的其他性能得到提升。例如復合材料的氣動剪裁技術可顯著提高結構效率;整體成形技術可有效減少連接,提高結構可靠性,降成本;復合材料耐腐蝕抗疲勞特點可降低維護成本。隨著新一代航空航天器向高超聲速方向的發展,苛刻的超高溫服役環境對材料及結構的承載與防熱提出了嚴峻考驗,碳/碳復合材料是適應這種需求的重要候選材料。碳/碳復合材料從碳纖維增強相結構可分為碳氈C/C和多向編織C/C復合材料。作為一種新型戰略材料,在美、俄、法、英、日等國家,其研制發展主要由空軍、海軍或政府預算中給予支持,因此,碳/碳復合材料的國防專用性和強烈的軍事背景使其研制和使用具有高度的機密性。碳基防熱復合材料主要用于燒蝕防熱和熱結構,較好地解決了輕質化、抗熱震、耐侵蝕等技術難題。1.航天航空航空領域的材料體系更強調性能與49圖復合材料在民機上的應用國外自1980年的F-18軍機開始,最新研究的殲擊機全部采用復合材料機翼,而且在機身上也大量采用先進復合材料,占結構重量的25%～50%。如第四代機中的F22復合材料占結構重量的25%,法國Rafale占40%,瑞典JAS39占30%,歐洲EF2000則大于40%,美國的殺手锏武器B2轟炸機占50%。民機上的復合材料用量也有大幅度提高。波音B777共用復合材料9.9噸,占結構總重的11%;“夢想飛機”B787用復合材料將達50%;A380大型客機可容納乘客500～650人,僅碳纖維復合材料用量就達32噸左右,加上其他各種復合材料,總用量在25%左右,開創了大型民機大量使用復合材料的先河。圖復合材料在民機上的應用國外自198501.1碳/碳復合材料剎車盤減重方面：從宏觀上分析,碳/碳復合材料剎車盤的優越之處主要源于其本身密度小,耐高溫的特點,由于其密度小、使用碳/碳盤后可以使每架飛機重量大大減輕。如：空中客車A310減重499kg,A300-600減重590kg,A330及A340減重998kg，麥道公司的MD-11減重900kg。優異的高溫性能：一架飛機剎車摩擦引起的溫升高達500℃以上,尤其是最苛刻的起飛緊急剎車引起的溫升超過1000℃,一架波音747-400的剎車系統在起飛中緊急剎車時會產生1.75×108kgm的功,一些剎車元件將達到熔點,此時碳/碳材料的耐高溫性能就顯示了極大的優越性。1.1碳/碳復合材料剎車盤減重方面：51就微觀結構而言,石墨晶體屬于層狀結構,碳原子排列于一系列相距較遠(0.3414nm)的原子面上,在各層面上的碳原子按正六角形排列,原子在同層之內的結合力遠遠大于層間結合力,鄰層之間的結合鍵能明顯較低,容易滑移,摩擦阻力小,而薄片層內的碳原子在滑動時卻不會潰散,有較大的承載能力。同時碳/碳材料又不屬于純石墨結構,碳/碳復合材料中碳纖維和熱解碳的微觀組織屬于亂層石墨結構,因而摩擦系數比石墨高。碳纖維一方面起著增強基體的作用,使剎車盤具有足夠的強度和剛度,同時由于其石墨化度不高,提高了摩擦系數,因此通過調整碳/碳材料碳纖維的體積含量可以得到既有足夠強度又有適中摩擦系數的碳/碳盤,通過改變基體熱解碳的石墨化度還可以進一步改善其摩擦磨損性能。從而使碳/碳剎車盤具有合適的摩擦系數和很好的耐磨性。采用碳/碳盤后更換周期大幅度延長,一個周期可達到1500～3000個起落,壽命提高5～6倍就微觀結構而言,石墨晶體屬于層狀結構,52國外現狀目前世界上已有60余種飛機采用了碳/碳剎車裝置。歐美公司生產的民航飛機的剎車系統已逐漸用碳/碳盤取代鋼盤,如空中客車公司的所有飛機都采用了碳/碳剎車裝置。美國從事航空機輪和碳剎車裝置的專業公司：Hitco、聯信公司的Bendix公司、ABS、B.F.Goodrich以及碳化硅公司、聯合碳化物公司等。法國研制碳/碳剎車裝置的：歐洲動力裝置公司、米西爾-西班牙-畢加第公司、洛林碳業公司、國營宇航公司、化物公司等。日本從事碳/碳剎車材料研制工作的：萱場工業公司、東邦貝斯綸公司和東京工業材料研究所等。英國主要研制和生產碳/碳剎車裝置的公司：鄧祿普公司等。國外現狀目前世界上已有60余種飛機采用了碳53國內現狀我國從70年代初開始研制碳/碳剎車裝置,先后參與此項工作的有：蘭州碳素廠、514廠、上海碳素廠、煙臺冶金新材料研究所、西北工業大學等。其中采用的工藝方法主要為CVD法，在致密化工藝、增強體準備、性能控制等方面,取得了一些成績。研制出了某型飛機碳/碳盤樣件、BAe146碳/碳盤樣件、碳/碳盤的縮比件。并進行了性能及結構方面的研究,尤其在摩擦磨損機理、石墨化度的影響及提高石墨化度的方法等方面進行了較深入的探討,提出了高摩擦性能碳/碳材料的模型。國內現狀54

1.2碳/碳復合材料發動機熱端隨航空事業的發展,對航空發動機推重比有越來越高的要求,而提高新型發動機推重比的關鍵是提高熱效率,其實現辦法是提高空氣壓縮比和提高渦輪進氣溫度。因此,航空渦輪發動機和工業渦輪發動機渦輪進氣溫度將會有更大的提高,這就對發動機熱端部件的材料提出了越來越高的要求,能夠在1600～2000℃高溫下正常工作的材料只有碳/碳復合材料。

特殊功能:(1)在1600℃以上仍能保持強度不降低;(2)減輕發動機重量,提高推重比;(3)減少冷空氣消耗,提高發動機效率;(4)提高工作溫度,提高發動機的熱效率。1.2碳/碳復合材料發動機熱端隨航空事55國外現狀近幾年來,世界各發達國家正在把碳/碳復合材料逐步應用在發動機構件上美國已把這種材料用在F100飛機發動機噴嘴和加力燃燒室噴管上;Hitco公司已制成了魚鱗片;LTV公司制造出了渦輪葉片和盤整體部件,并在1760℃溫度下進行了地面超轉試驗;通用電氣公司JID驗證機低壓渦輪部分用碳/碳材料制造出渦輪葉片和盤整體部件,運轉溫度1649℃,比一般渦輪高出555℃,而且不用氣冷,已試驗成功；法國、德國、俄羅斯也已分別制造出燃燒室噴油桿,渦輪轉子外環等零件。國外現狀近幾年來,世界各發達國家正在把碳/碳復合材料逐步56近幾年來西北工業大學開展了一些研究工作,主要進展有以下幾個方面:(1)針對碳/碳復合材料生產周期長、工藝難度大、成本居高不下的問題,開發了兩種新的成形工藝法,即超高壓成形工藝和快速氣相沉積工藝,(2)為解決碳/碳材料的氧化問題,通過在基體中添加的SiO2、ZrO2,Al2O3等,研究了基體改性對抗氧化的影響(3)在超高溫性能測試及評價方面,已研究了單向碳/碳復合材料在1900～2300℃的持久強度和蠕變特征,(4)在應用研究方面,制備出了微型發動機尾噴管、葉片樣件、高溫保護套管等，研究了多種制件的成形工藝方法。國內現狀近幾年來西北工業大學開展了一些研究工作,主要進展有以下幾個572.火箭發動機碳纖維復合材料制造的殼體具有強度高、剛度大、尺寸穩定等特點，因此，碳纖維復合材料可用于新型陸基機動同體洲際導彈一、二、三級發動機殼體、新一代中程地地戰術導彈發動機殼體。碳纖維增強復合材料在火箭發動機上主要用作推力室噴管材料,一是用作固定的噴管延伸段,二是用作可移動的噴管延伸段(可延伸噴管)。除此之外,小推力室也可整體用這種材料制造。固體發動機噴管屬于非冷卻型,工作環境極其惡劣。特別是喉部的高溫、高壓二相流燃氣的機械沖刷、化學侵蝕和熱沖擊十分嚴厲,材料選擇是現代固體火箭推進的重大關鍵技術。

早期的噴管多使用復合型結構,即以金屬或高強度玻璃鋼為結構材料,高熔點金屬或優質石墨為耐熱—吸熱材料,燒蝕型增強塑料為絕熱材料。其結構復雜,配合界面多,質量大,工藝周期長,也增加了不可靠度。80年代以來,發展高性能固體發動機的主攻方向由“高能”轉向“輕質、可控”,,高性能發動機噴管沖質比要求已達到150000N·s/kg以上。正是性能優異的多向編織碳/碳材料的涌現,從根本上解決了這個矛盾,實現了噴管技術的飛躍。2.火箭發動機碳纖維復合材料制造的殼體具有58先

進

固

體

發

動

機

噴

管

材

料

應

用先

進

固

體

發

動

機

噴

管

材

料

應

用59現狀：隨著航空航天飛行器各項陛能的不斷提高，對結構件所用材料的要求也越來越高。

國外發動機殼體目前的主要應用方向是采用碳纖維纏繞殼體，使發動機質量比有較大提高。而國內目前尚沒有碳纖維纏繞的固體發動機殼體，所用樹脂基體的耐熱性也不高，殼體外層的熱防護涂層也增加了殼體的消極質量。為此應給予經費支持，盡快開展高性能耐熱基體材料、高性能碳纖維在固體發動機殼體上的應用等方面的研究，早日實現碳纖維增強復合材料同體發動機白防熱殼體的應用，提高武器系統的綜合性能?，F狀：隨著航空航天飛行器各項陛能的不斷提603.其它：①釣魚桿現年產量約1200萬只，年碳纖維用量1200t；②高爾夫球桿隨著輕量化和長尺寸化的要求，現已占碳纖維體育用品用途的50％，年碳纖維用量為2000t；③網球拍的年市場規模約為450萬只，年碳纖維用量約500t；④人造衛星結構體、太陽能電池板和天線要用高模碳纖維，先進的運載火箭和導彈殼體、發射筒等要用800H和T300碳纖維等；⑤土木建筑領域，已用于補修加工用片材、建筑部件、代鋼筋材料、屋頂構架材料等；⑥能源領域，已用于汽車的壓縮天然氣罐和風車葉片(長達30-40m)、海底油田管道、升降機等；⑦交通運輸方面，已應用于賽車、汽車傳動軸、大型卡車車體等；⑨電子電器領域，已應用于增強熱塑性樹脂的擠出成型品，如抗靜電IC盤、筆記本電腦的筐體，具有電磁波屏蔽效果；⑧還有X-射線盒、醫用床板、印刷、制膜、造紙等用的各種滾軸、空氣或氧氣呼吸用壓力容器等等。3.其它：①釣魚桿現年產量約1200萬只，年碳纖維用量12061碳基復合材料的發展趨勢與前景航空領域電化學方面電子器件方面簡述總體情況碳基復合材料的發展趨勢與前景航空領域62航空領域的發展與前景隨著航空、航天及國防事業的發展,對材料的要求不斷提高,其服役條件越來越苛刻,材料在極端環境下的行為研究對軍用先進材料的發展和武器裝備性能提高的影響也越來越突出。碳基復合材料的輕質、高比強、高比模和耐超高溫等一系列優異的綜合性能,賦予這類材料在航空航天領域的優勢地位。航空領域的發展與前景隨著航空、航天及國防事業的發展63目前,美國、俄羅斯等國都把以碳基復合材料為代表的先進功能結構材料應用于導彈、航天飛機、火箭發動機以及飛機的制動器方面隨著現代無線電技術和雷達探測技術的迅猛發展，軍事防御系統對武器裝備的隱身能力提出越來越高的要求。微波吸收材料作為一種重要的軍事隱身功能材料，其發展引起廣泛的關注。由于傳統型吸波材料密度大、吸收頻帶窄，使其應用受到限制，因此新型吸波材料的開發成為主要的研究方向目前,美國、俄羅斯等國都把以碳基復合材料為代表的先進功能64碳纖維復合材料主要是以滿足航空航天對高性能材料的要求而發展起來的。隨著碳纖維復合材料的優異性能越來越多地被認識和接受，其在能源、交通、汽車、海洋、建筑及其他工業部門的應用近年來在快速地發展。根據產品規格的不同，碳纖維目前被劃分為宇航級和工業級兩類，亦稱為小絲束和大絲束。宇航級碳纖維為小絲束碳纖維，主要應用于國防軍工和高技術，以及體育休閑用品等。工業級碳纖維應用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等民用工業。碳纖維復合材料主要是以滿足航空航天對高性能材65電化學傳感器催化劑材料及載體超級電容電池材料電化學方面的發展與前景

由于石墨烯具有非常高的電導率、以及高的比表面積使其在傳感器、催化劑材料及載體、以及超級電容等器件中擁有巨大的應用潛力。

電化學傳感器催化劑材料及載體超級電容電池材料電化學方面的發展66傳感器

石墨烯的表面可以吸附氣體分子，由于不同的氣體分子可以作為電子的受體也可以為電子的給體，所以氣體分子的吸附將影響石墨烯的載流子濃度，引起石墨烯電導率的變化?；谑┑膫鞲衅骺梢愿叨让舾械姆磻鰵怏w分子的吸附與脫附，甚至可實現單分子級別的探測[[69-72]。石墨烯還被證明在其他傳感器中有良好的表現。傳感器石墨烯的表面可以吸附氣體分子，由于不同的氣體分子67催化劑材料及載體

如石墨烯與金的復合材料在氧還原的過程中顯示出了較好的電催化性能[[60];做為燃料電池中甲醇催化氧化常用的催化材料Pt,Pd等材料負載到石墨烯上也表現出優秀的催化能力[[76,so,si]，而H.YLi等人使用磷鋁酸修飾石墨烯負載Pt/Ru納米顆粒更是獲得比單獨石墨烯負載Pt/Ru納米顆粒更好的催化活性及電化學穩定性fszl0因為擁有大的比表面積，以及化學、電化學上的穩定性，碳材料經常會被用于催化劑材料的載體。而相比其他碳材料，石墨烯具有更大的比表面積，理論值達到2630m2/g，同時還具有更優異的電荷傳輸能力，所以研究人員以石墨烯為催化劑載體展開了大量的研究。目前很多納米材料如Pt}Pd}Au等等已成功的負載在石墨烯上，并已證明這些復合材料表現出了良好的催化活性和電化學響應[[60,76-79]。

由于石墨烯超大的比表面積，不僅可以成為催化材料的載體，還可以成為藥物的載體。

催化劑材料及載體如石墨烯與金的復合材料在氧還原的過程中顯示68

超級電容

雖然超級電容器件的能量密度遠遠大于普通電容，但卻仍低于電池，所以為提高超級電容的性能，人們一直在努力尋找更好的電極材料。而經過對石墨烯材料應用于超級電容研究發現，石墨烯及其復合材料在超級電容中也表現出了良好的性能。石墨烯與聚苯胺的復合材料的容量達到233Fg1，而石墨烯與Ni(OH)z復合材料的容量更是達到了1335Fg1超級電容雖然超級電容器件的能量密度遠遠大于普通電容，69電池材料

目前商用的電極中最常用的正極材料是石墨，雖然石墨在鏗離子的嵌入與脫嵌中有良好的性能，但是較低的比容量使得最終整個電池的性能受到了限制[99]。由于優異的導電能力，高的比表面積，及化學穩定性，人們使用石墨烯或基于石墨烯的復合材料作為正極材料已經做了大量的研究。Honma0等人使用石墨烯，石墨烯/碳納米管，石墨烯/富勒烯分別作為正極材料研究了電池性能[[1oa]。經測試得到石墨烯的比容量達到540mAhg1，遠遠高于石墨。而添加了碳納米管和富勒烯的復合材料更是增大到了730和784mAhg“1。隨后的研究中人們發現石墨烯與金屬氧化物的復合材料可以獲得更好的電池性能，如石墨烯與Fe30;的復合材料最終可以達到1026mAhg。電池材料目前商用的電極中最常用的正極材料是石墨，雖然石墨70電子器件方面的發展與前景光電器件納米電子器件電子器件方面的發展與前景光電器件納米電子器件71光電器件由于擁有非常高的電導率，載流子遷移率以及在可見光范圍內高的光學透過性，以石墨烯制備透明導電薄膜在光電器件中擁有令人期待的應用前景，尤其是石墨烯可以制備出柔性薄膜，使其更可以應用于柔性光電器件之中。目前已有多種基于石墨烯薄膜的光電器件被制備與研究，如斯坦福大學J.B.Wu等人通過高溫退火氧化石墨的方法制備出石墨烯導電薄膜，并以此為電極成功制備出性能接近