Graphene platelets (GP) are a novel class of nanofillers due to its good compatibility with most polymers, high aspect ratio, high absolute strength and cost-effectiveness. We in this study synthesised two types of epoxy/GP nanocomposites with different interface strength using the combination of sonication and chemical modification. Although the surface-modified graphene platelets (m-GP) formed clusters, a higher degree of dispersion and exfoliation of graphene was observed in each cluster owning to the improved interface by modification. The scrolling of graphene was found predominantly in the interface-modified nanocomposite. At 4 wt%, the modified nanocomposite shows fracture energy release rate G1c 613.4 J m−2, while the unmodified nanocomposite indicates 417.3 J m−2, in comparison with neat epoxy G1c 204.2 J m−2. The interface modification enhanced the glass transition temperature of neat epoxy from 94.7 to 108.6 °C, 14.7% increment. Toughening mechanisms are attributed to the voiding, microcracking and breakage of GP, while matrix may not consume as much fracture energy as m-GP do.

Abstract A scalable approach for the mass production of chemically modified graphene has yet to be developed, which holds the key to the large‐scale production of stable graphene colloids for optical electronics, energy conversion, and storage materials, catalysis, sensors, composites, etc. Here, a facile approach to fabricating covalently modified graphene and its polymer nanocomposites is presented. The method involves: i) employing a common furnace, rather than a furnace installed with a quartz tube and operated in inert gas as required in previous studies, to treat a commercial graphite intercalation compound with thermal shocking and ultrasonication and fabricate graphene platelets (GnPs) with a thickness of 2.51 ± 0.39 nm that contain only 7 at% oxygen; ii) grafting these GnPs with a commercial, long‐chain surfactant, which is able to create molecular entanglement with polymer matrixes by taking advantage of the reactions between the epoxide groups of the platelets and the end amine groups of the surfactant, to produce chemically modified graphene platelets ( m ‐ GnPs); and iii) solution‐mixing m ‐GnPs with a commonly used polymer to fabricate nanocomposites. These m ‐GnPs are well dispersed in a polymer with highly improved mechanical properties and a low percolation threshold of electrical conductivity at 0.25 vol%. This novel approach could lead to the future scalable production of graphene and its nanocomposites.

Abstract Graphene oxide is extensively compounded with polymers toward a wide variety of applications. Less studied are few‐layer or multi‐layer highly crystalline graphene, both of which are herein named as graphene platelets. This article aims to provide the most recent advancements of graphene platelets and their polymer composites. A first focus lies on cost‐effective fabrication strategies of graphene platelets – intercalation and exfoliation – which work in a relative mass scale, e.g., 5.3 g h −1 . As no heavy oxidization is involved, the platelets have high crystalline integrity, e.g., C:O ratio over 8.0, with thicknesses 2–4 nm and lateral dimension up to a few micrometers. Through carefully selecting the solvent for dispersion and the molecules for surface modification, graphene platelets can be liquid‐processable, enabling them to be printed, coated, or compounded with various polymers. A purpose‐designed experiment is undertaken to unravel the effect of reasonable ultrasonication time on the platelet thickness. Typical polymer/graphene platelet composites are critically examined for their preparation, structure, and applications such as thermal management and flexible/stretchable electronic devices. Perspectives on the limitations, current challenges, and future prospects for graphene platelets and their polymer composites are provided.

Developing bio-based nano-additives for enhancing mechanical strength, corrosion resistance, and flame retardancy in polyurea (PUA) coatings at low loading levels is crucial for human well-being and environmental preservation. In this study, montmorillonite (MMT) was first exfoliated by ball milling with the aid of chitosan, and then further co-assembled with phytic acid and urea to form a nanohybrid (CPN@MMT). The resulting CPN@MMT nanohybrid exhibited good compatibility and dispersibility within matrix and endowed PUA composites with improved anti-impact, corrosion resistant and flame retardant properties. Remarkably, the addition of CPN@MMT improved the mechanical and impact protection properties of PUA coatings. Electrochemical and salt spray tests confirmed that the excellent anti-corrosion performance of PUA composite coating stemmed from the dispersed nano-sheets forming a protective nano-barrier. CPN@MMT in the PUA matrix formed a compact char layer, reducing heat release and smoke by inhibiting heat diffusion and volatile gas evaporation, as evidenced by cone calorimeter and TG-FTIR tests. The enhanced fire safety was primarily attributed to the physical barrier, catalytic charring and dilution effect of CPN@MMT. Hence, a green and feasible method was developed to create bio-based nano-additive in PUA coatings with anti-impact, corrosion resistant and flame retardant performance.

Abstract Health monitoring of composite structures in aircraft is critical, as these structures are commonly utilized in weight-sensitive areas and innovative designs that directly impact flight safety and reliability. Traditional monitoring methods have limitations in monitoring area, strain limit, and signal processing. In this paper, a multifunctional sensor has been developed using acid-treated laser-induced graphene (A-LIG) with a multi-layer three-dimensional conductive network. Compared to untreated laser-induced graphene, the sensitivity of A-LIG sensor is increased by 100%. Furthermore, PDMS is used to fill the pores, which improves the fatigue performance of the A-LIG sensor. To obtain clear monitoring results, a data conversion algorithm is provided to convert the electrical signal obtained by the sensor into a strain field contour cloud map. The impact test of the A-LIG/PDMS sensor on the carbon fiber panel of the aircraft wing box segment verifies the effectiveness of its strain sensing. This work introduces a novel approach to fabricating flexible sensors with improved sensitivity, extended strain range, and cost-effectiveness. The sensor exhibits high sensitivity (gauge factor, GF ≈ 387), is low hysteresis (∼53 ms), and has a wide working range (up to 47%), and a highly stable and reproducible response over multiple test cycles (>18 000) with good switching response. It presents a promising and innovative direction for utilizing flexible sensors in the field of aircraft structural health monitoring.

Abstract This study aimed to explore the application of a mechanochemical method for effectively integrating polyimide nanofibers, which are widely recognized for their outstanding thermal and mechanical properties, into an epoxy resin matrix. The researchers observed an 87.5% reduction in the diameter of polyimide nanofibers after mechanical treatment. The dispersion, compatibility, and interface between the nanofibers and epoxy matrix were analyzed using molecular dynamics simulations and scanning electron microscopy. The addition of polyimide nanofibers significantly increased the binding energy of the composite, resulting in a 52.8% improvement. Moreover, compared to pure epoxy resin, the inclusion of modified polyimide nanofibers led to a 21.9% increase in tensile strength and an 18.8% increase in impact strength. The PI/epoxy composite also exhibited a 15.6% increase in tensile strength and a 16.4% increase in impact strength. Additionally, electrochemical corrosion analysis showed that the PI/epoxy composite had excellent corrosion resistance. In conclusion, due to the exceptional mechanical properties and strong interfacial adhesion of polyimide nanofibers, the PI/epoxy resin composite demonstrated significant overall performance improvement compared to pure epoxy resin. Highlights Mechanochemical method to disperse polyimide fiber, shorter and finer fibers were obtained Improve performance by adding small amounts Microscopic analysis of composites by Materials Studio, PIENFs efficiently improved the interaction on the phase interface Experiments have verified that PIENFs could make the mechanical properties and corrosion resistance