北化贾晓龙/杨小平/黎何丰团队 Compos. Part B：微波活化高模量碳纤维界面 - 揭示“静电浸润-范德华锁定”双机制

背景：高模量碳纤维因其高模量、高导电性等优点，是先进树脂基复合材料的重要增强材料，但高石墨化导致表面活性位点少、界面结合弱，成为限制复合材料性能的关键瓶颈。传统界面改性方法存在能耗高、流程复杂、可能损伤纤维本体性能等问题。研究目的：北京化工大学团队旨在利用高模量碳纤维的强微波响应特性，在水介质中实现快速、绿色、低损伤的表面活化，同步引入含氧官能团和微纳粗糙结构，以提升界面性能，并揭示界面增强的微观机制。结论：研究发现微波活化能有效提高纤维表面含氧基团和粗糙度，同时保持纤维本体强度；界面剪切强度和层间剪切强度显著提升，其中M55J/EP复合材料提升最明显。通过分子动力学和DFT计算，揭示了“静电浸润”和“范德华锁定”双机制协同作用：含氧官能团增强静电相互作用，改善浸润性；粗糙结构诱导树脂分子致密排布，增强范德华力，提升结合强度。该策略为惰性碳材料界面设计提供了新方法，具有高效、绿色应用潜力。