记者从哈尔滨工业大学获悉，该校材料科学与工程学院教授费维栋、王黎东团队，以及该校空间环境与物质科学研究院副研究员盛捷团队在碳纤维废弃物再利用新技术方面取得重要研究进展。该技术能将碳纤维边角料、预浸料及树脂复合材料等多种废弃物成功转化为可重新使用的石墨烯接枝碳纤维和石墨烯粉末，为应对日益增长的碳纤维废弃物挑战提供可持续且经济可行的解决方案。相关研究成果近日发表在《自然·通讯》上。
随着碳纤维增强环氧树脂复合材料在航空航天、风电等领域的广泛应用，其生产废料及报废制品数量增加。如何实现碳纤维废弃物的高效、高值化回收利用已成为难题。
针对这一挑战，研究团队创新性地利用镁粉和碳酸钙粉末作为反应物，基于自蔓延高温合成技术，实现在“固态火焰”中对碳纤维废弃物的快速升级回收。镁粉和碳酸钙被点燃后，发生剧烈的固态化学反应并产生高温条件。这种瞬态高温环境下固态碳纤维废弃物发生直接物质转化。
机理研究表明，在“固态火焰”燃烧过程中，镁扮演了关键角色。它通过电子转移效应显著降低环氧树脂分解中间体中芳基—氧键的键能，进而促进C—O键的断裂和C—C键的偶联/互联，从而驱动环氧树脂向石墨烯结构演化，并促使石墨烯在碳纤维缺陷位点发生接枝。微观机制分析表明，石墨烯—碳纤维界面形成的C—C共价键实现了两者的高强度结合，从而显著提升了接枝碳纤维的增强效率，其增强效果甚至优于未改性碳纤维。基于此，所获石墨烯接枝碳纤维和石墨烯粉末在石墨基复合材料与电磁干扰屏蔽等领域展现出广阔应用前景。
值得一提的是，相较于传统热回收和焚烧，该技术具有更低的全球变暖潜能值和累积能源需求，更加环保。
