記者從哈爾濱工業大學獲悉，該校材料科學與工程學院教授費維棟、王黎東團隊，以及該校空間環境與物質科學研究院副研究員盛捷團隊在碳纖維廢棄物再利用新技術方面取得重要研究進展。該技術能將碳纖維邊角料、預浸料及樹脂複合材料等多種廢棄物成功轉化為可重新使用的石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末，為應對日益增長的碳纖維廢棄物挑戰提供可持續且經濟可行的解決方案。相關研究成果近日發表在《自然·通訊》上。

隨着碳纖維增強環氧樹脂複合材料在航空航天、風電等領域的廣泛應用，其生產廢料及報廢製品數量增加。如何實現碳纖維廢棄物的高效、高值化回收利用已成為難題。

針對這一挑戰，研究團隊創新性地利用鎂粉和碳酸鈣粉末作為反應物，基於自蔓延高溫合成技術，實現在“固態火焰”中對碳纖維廢棄物的快速升級回收。鎂粉和碳酸鈣被點燃後，發生劇烈的固態化學反應併產生高溫條件。這種瞬態高溫環境下固態碳纖維廢棄物發生直接物質轉化。

機理研究表明，在“固態火焰”燃燒過程中，鎂扮演了關鍵角色。它通過電子轉移效應顯著降低環氧樹脂分解中間體中芳基—氧鍵的鍵能，進而促進C—O鍵的斷裂和C—C鍵的偶聯/互聯，從而驅動環氧樹脂向石墨烯結構演化，並促使石墨烯在碳纖維缺陷位點發生接枝。微觀機制分析表明，石墨烯—碳纖維界面形成的C—C共價鍵實現了兩者的高強度結合，從而顯著提升了接枝碳纖維的增強效率，其增強效果甚至優於未改性碳纖維。基於此，所獲石墨烯接枝碳纖維和石墨烯粉末在石墨基複合材料與電磁干擾屏蔽等領域展現出廣闊應用前景。

值得一提的是，相較於傳統熱回收和焚燒，該技術具有更低的全球變暖潛能值和累積能源需求，更加環保。