碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料的阻尼性能在许多工程领域中起着至关重要的作用。本文的目的是研究如何通过二维多层氧化石墨烯(GO)的界面滑动来改善CFRP复合材料的阻尼性能。在这项工作中，我们展示了定向GO在碳纤维/环氧界面上是如何增强碳纤维方向上的能量耗散能力的。用动态力学分析仪测量了CFRPs的阻尼损失因子。研究了不同扫描模式(温度、频率和应变)下GO对CFRPs阻尼性能的影响。结果表明，在碳纤维表面沉积GO可以提高CFRPs在较宽的温度、频率和应变范围内的阻尼性能。当应变为0.23%，频率为1 Hz时，CFRPs (0.0345)的阻尼损失因子增加了113%。在ANSYS中提出了基于应变能法的数值参数分析方法，结合实验数据得到了多层GO的界面特性。利用GO界面阻尼参数可以预测多层碳纳米材料改性复合材料在不同服役条件下的阻尼性能。

图1. 纤维表面的典型SEM图像和红色矩形区域上EDS映射结果(a-c) Raw-CF、(d-f) Desized-CF和(g-i) GO-CF。EDS图中插入了碳和氧的原子百分比。

图2. 通过EDS绘制出(a)中红色矩形区域的GO-CF表面(b)碳(c)氧O元素的分布，表示GO在CF上的均匀分布。

图3. 温度扫描(采样间隔为1℃) (a) Control-CFRP，(b) Desized- CFRP和(C) GO-CFRP的DMA结果。(d)不同类型CFRP阻尼损失因子的比较。

图4. CFRP在循环加载时，由于纤维/环氧树脂界面变形而导致的GO内部多层界面滑动示意图。

图5. 频率扫描(采样间隔为0.1 Hz) (a) Control-CFRP， (b) Desized- CFRP和(c) GO-CFRP的DMA结果。(d)不同类型CFRP阻尼损失因子的比较。

图6. 应变扫描(采样间隔为0.01%应变)(a) Control-CFRP， (b) Desized- CFRP和(c) GO-CFRP的DMA结果。(d)不同类型CFRP阻尼损失因子的比较。

图7. 有限元模型的截面为:(a) Desized- CFRP (50mm × 10mm × 1mm)， (b) GO- CFRP (50mm × 10mm × 1mm)， (c) GO/基体层(0.5 mm × 0.2 mm × 0.025 mm)。图中所有的数字都是模型的厚度。

图8. 不同模量和损失因子定义的GO/GO界面层和计算的GO/基体层的损耗因子。

相关研究成果由华中科技大学材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室Luyang Gong等人于2022年发表在Composites Science and Technology  (https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109309)上。原文：Improving the damping properties of carbon fiber reinforced polymer composites by interfacial sliding of oriented multilayer graphene oxide。

文章来源：公众号【石墨烯研究】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

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