碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能使其在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是其較低的導(dǎo)電性能使其嚴(yán)重受到雷電沖擊的威脅。目前工業(yè)界主要采用銅網(wǎng)進(jìn)行復(fù)合材料的雷擊防護(hù)，但是銅網(wǎng)防護(hù)會帶來結(jié)構(gòu)增重、層間脫粘、電鍍腐蝕、維護(hù)成本高等問題。

近日，華中科技大學(xué)和四川大學(xué)的研究團(tuán)隊在《Aerospace Science and Technology》發(fā)表了一項最新研究成果，論文標(biāo)題為“Lightning strike damage suppression property of CFRP composite coated via an EGaIn liquid metal/graphite coating”。該論文研究了一種基于鎵銦液態(tài)金屬（EGaIn liquid metal）/石墨涂層的新型雷擊防護(hù)方法，能夠顯著抑制碳纖維復(fù)合材料的雷擊損傷。論文第一作者為華中科技大學(xué)航空航天學(xué)院郭家齊、四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院劉逸非，通訊作者為華中科技大學(xué)航空航天學(xué)院李毅超副教授，論文主要作者還包括四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院王宇研究員、傅雪薇副研究員等。

該研究將EGaIn液態(tài)金屬分別人造石墨或片狀石墨混合制備得到兩種涂層，并將涂層均勻涂覆于[45/0/-45/90]_s和[0/90]_2s鋪層碳纖維層合板表面，研究涂層在100kA標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊下的防護(hù)效果，并與銅網(wǎng)防護(hù)組及未防護(hù)組進(jìn)行對比研究。

圖 1. 復(fù)合材料層合板及涂層的制作

研究過程中對實驗樣件開展了多種表征和測試工作，包括對涂層電阻率的測量與微觀形貌標(biāo)征，對雷擊樣品的表面與內(nèi)部損傷分析，對測試實驗樣件雷擊后前后的壓縮強度的測量等。

圖2. 涂層1 (a) (b)和涂層2 (c) (d)的SEM圖像

圖3. [45/0/-45/90]_s (a) (b)和[0/90]_2s (c) (d)鋪層下的原始、銅網(wǎng)、涂層1、涂層2層合板雷擊后表面與內(nèi)部損傷

圖4. 銅網(wǎng)覆蓋樣品雷擊后 (a1)-(a4)、涂層1雷擊前 (b1)-(b4) 后 (c1)-(c4)、涂層2雷擊前 (d1)-(d4) 后 (e1)-(e4) 微觀損傷形貌

研究結(jié)果表明，兩種涂層分布均勻，導(dǎo)電特性與銅網(wǎng)接近，而面密度僅為銅網(wǎng)的44%和11%，厚度僅為銅網(wǎng)的3%。涂層對雷電有良好的防護(hù)效果，顯著降低了碳纖維層合板的表面和內(nèi)部雷擊損傷面積。對于[45/0/45/90]_s和[0/90]_2s層壓板，涂層1和涂層2可分別降低60%和73%、63%和80%的表面損傷面積，以及77%和76%、68%和80%的內(nèi)部分層損傷面積。同時，涂層1和涂層2顯著提高了碳纖維層合板的雷擊后剩余壓縮性能，對于[45/0/45/90]_s樣件，剩余壓縮強度從88.1 %分別提升至96.1%和92.8%；對于[0/90]_2s層壓板，剩余壓縮強度從83.9%分別提升至92.1%和90.1%，接近銅網(wǎng)的雷擊防護(hù)性能。

圖5. [45/0/-45/90]_s (a)和[0/90]_2s (b)鋪層下的原始、銅網(wǎng)、涂層1、涂層2層合板雷擊后壓縮強度 (CAL)

圖6. 涂層綜合性能分析

該論文提出了一種基于鎵銦液態(tài)金屬/石墨的新型涂層材料，將其應(yīng)用于航空復(fù)合材料的雷擊防護(hù)。研究表明，該涂層表現(xiàn)出接近銅網(wǎng)的優(yōu)異防雷擊性能，同時其重量與厚度較銅網(wǎng)有較大幅度的降低，為下一代輕量化航空復(fù)合材料的雷擊防護(hù)方法提供了新途徑。

原始文獻(xiàn)：

Guo J, Liu Y, Fu S, Ma X, Fu X, Wang Y, Xiong Y, Liang J, Hao L, Jin P, Li Y. Lightning strike damage suppression property of CFRP composite coated via an EGaIn liquid metal/graphite coating[J]. Aerospace Science and Technology, 2026, 168: 110969.

原文鏈接：

https:///10.1016/j.ast.2025.110969