但碳纤维有一个主要缺点，碳材料专家、Husker 工程师Yongfeng Lu说。在极端温度下，例如航空航天工业中经常遇到的碳纤维会氧化，这意味着它会与空气中的氧气发生反应并燃烧，就像木材在与足够的热量和氧气结合时发生的那样。氧化会迅速削弱碳纤维的梦幻般的品质，尤其是其强度。
碳纤维的一个弱点是，如果有足够高的温度和氧气，它们很容易燃烧，如果我们能让它们不易燃，这样它们在火中就不会燃烧，那将是令人兴奋的。
在近发表在PNAS 上的一篇论文中，Lu 的团队描述了朝着这个目标迈出的重要一步。他和来自内布拉斯加大学林肯分校和法国波尔多凝聚态化学研究所的同事开发了一种低成本、可扩展的方法来保护碳纤维免受氧化。该方法比其他费力、缓慢且昂贵的抗氧化过程具有显着的改进。
我们正在尝试添加可以将碳纤维与氧气分离的表面层，这样即使在高温下，它们也不会被燃烧，碳纤维可以以多种方式使用——编织成纺织品以及建筑物、飞机、电子设备的部件——但如果它们易燃，就会给系统带来新的风险，并极大地限制了这些应用。
为了消除可燃性，卢的团队设计了一个简单的单步流程，从熔化化学上与食盐非常相似的盐开始。在盐晶体变成液体后，研究人员添加了已知耐高温的钛和铬粉末。然后将碳纤维添加到混合物中。
在自发反应之后，该过程产生了一个由碳化铬和碳化钛制成的三层涂层，作为抗氧化的屏障。涂层是多层的，因为钛和铬在熔盐中各自具有不同的行为和反应速率，从而形成三层不同的终产品。与单层相比，这种三层涂层可提供额外的保护。
当研究人员在极端温度（约 2,200 华氏度）和极端环境条件下评估涂层碳纤维时，他们用氧乙炔火焰模拟，发现碳材料保持了其结构。下一步是确定涂层纤维与未受保护的对应物相比的防火性如何，以及它们在极端条件下可以保持其有价值的特性多长时间。
Lu 的团队并不是个探索保护碳纤维免受氧化的方法，但如果在进一步测试中成功，该方法将是个具有大规模可行性的方法。以前的方法，例如化学气相沉积，涉及昂贵的设备、多个步骤和难以控制的化学反应。所述熔融盐的方法规避这些缺陷通过使用在约1800华氏度的相对低的温度经历自发的过程基本的，廉价的材料。
该过程也快速而干净，使其可用于广泛的工业用途。
研究人员称，他们下一步将确定涂层纤维与未涂层纤维相比防火程度如何，以及在极端条件下它们能保持其优异特性多长时间。