揭秘！世界最轻石墨烯手表背后的科学

2017年1月，世界上最轻的机械手表在瑞士日内瓦成功制造，这个高科技手表使用了石墨烯复合材料的最新研究成果。现在这个项目背后的研究成果已经被发表。这款独特的精密机械手表是曼彻斯特大学、Richard Mille手表和迈凯轮应用技术公司合作的结果。

RM 50-03手表使用了独特的石墨烯复合材料，他们使用这种材料制造的新外壳坚固轻便，包括表带在内总重量只有40克，是钟表史上最轻的机械计时码表。

RM 50-03机械手表

这次合作是一次卓越的工程实践，研究人员探索了在复合材料中正确排列石墨烯的方法，最终可以充分利用二维材料的最高机械刚度和强度性能，同避免了添加其他较重的材料。

现在，这一独特手表的研究已经发表在《应用科学与制造》杂志上：（“通过碳纤维之间的限制实现石墨烯在复合材料中的理论刚性” ("Realising the Theoretical Stiffness of Graphene in Composites through confinement between Carbon Fibres")。这项工作主要是由曼彻斯特大学国家石墨烯研究所的研究人员完成。

领导这项研究的Robert Young教授说：“在这项研究中，通过在基体中添加少量石墨烯以及单向增强碳纤维，复合材料的力学性能得到了显著提高。”

这可能对精密工程行业的未来产生重大影响，在航空航天和汽车这些行业中，强度、刚度和产品重量常常是人们关注的焦点。

将少量石墨烯添加到碳纤维复合材料中，目的是通过使用较少的材料来提高整体材料的刚度以及减轻重量。由于石墨烯具有高刚度和强度，它在聚合物复合材料中作为增强体中显示出了巨大潜力，可以进一步提高复合材料的力学性能。

最终的结果是添加2%的石墨烯到环氧树脂中大大增强了机械性能。然后通过拉伸试验分析了所得到的石墨烯和碳纤维复合材料，并利用拉曼光谱和X射线CT扫描初步揭示了其中的机理。

这项研究结果表明，这种简单的方法可以被现有的工业过程采用，使工程工业能够从石墨烯的机械性能中受益，例如飞机机翼的制造或高性能汽车的车身的生产。

研究发现，与碳纤维等效试样相比，石墨烯的加入显著提高了拉伸刚度和强度。当石墨烯被分散在材料中，并与纤维方向排列一致时发生了这种情况。

曼彻斯特大学研究助理Zheling Li博士说：“这项研究提出了一种通过简单的常规加工提高复合材料轴向刚度和强度的方法，我们同时阐明了导致这种增强背后的机理。”

Richard Mille的研发经理AurleVuilleumier说：“这个项目是从大学研究向产品技术转移的一个完美例子。与迈凯轮应用技术的合作让石墨烯增强复合材料在工业应用中广泛传播。这项合作为我们的客户提供了最轻的手表：RM50-03。”

迈凯轮应用技术公司的高级机械设计工程师Broderick Coburn博士说：“石墨烯增强复合材料结构性能的潜力已经为人们所熟知，我们在实验室规模上证明了一段时间。这个应用是一个伟大的例子，预浸料材料经过一系列加工，成为一个真正的的产品。”

曼彻斯特大学不久将庆祝第二座世界级石墨烯设施——石墨烯工程创新中心（GEIC）的成立。GEIC将允许工业人员和学术专家在一起工作，将研究转化为产品原型进行生产，最终加速石墨烯的商业化。

文章来自nanowerk网站，原文题目为Science behind world's lightest graphene watch revealed，由材料科技在线汇总整理。