石墨烯和碳纳米管在高级复合材料领域的应用仍处于商业化过程的相对较早阶段，但是随着材料或质量稳定的分散体的可用性不断提高，许多复合材料和组件开始掺入这些纳米材料，碳纳米，纳米碳铜箔材料。

  石墨烯是2004年在英国曼彻斯特大学发现的，是一个二维碳原子层，紧密堆积成六方晶格结构。简而言之，它是迄今发现的最薄，最坚固的材料 ，也是目前可用的热和电效率最高的导体。单壁碳纳米管（SWCNT）是一种管状结构，可以看作是连接在一起形成无缝管的石墨烯的压延板。直径通常为约1纳米，CNT可以是毫组件的倍长。

考虑到它们几乎完美地融合了材料特性以及它们固有的轻质性和几乎完全透明的事实，十多年来，石墨烯和SWCNT被誉为突破性材料。现在，一些观察家在问一个问题：“他们什么时候真正进行宣传？”  

作为Future Materials Group的联合创始人兼董事总经理，我 认为真正具有革命性的材料需要大量时间才能在商业上确立自己的地位。要实现石墨烯和单壁碳纳米管的长期潜力，无疑将需要相关领域的耐心持续开发。

成功地将新材料放入成熟的行业是一项巨大的挑战。只需一次查看新材料解决方案，我们现在将其视为主流，以了解此过程可能需要多长时间。众所周知，碳纤维复合材料在主要的飞机结构应用中是在1960年代问世的，但在我们看到波音787 Dreamliner的第一个主要碳纤维复合材料机身之前已经过去了30多年。碳纤维的好处非常明显且令人向往，但仍然需要大量时间进行测试，开发生产流程和建立可靠的供应链，才能引入这种创新的新技术，而不是现有的或替代的材料解决方案

如今使用石墨烯和CNT

石墨烯和碳纳米管在高级复合材料领域的应用仍处于商业化过程的相对较早阶段，但是随着材料或质量稳定的分散体的可用性不断提高，许多复合材料和组件开始掺入这些纳米材料，做出很多新型应用如纳米碳铜箔，纳米碳铝，石墨烯铜箔，石墨烯铝等。

在市场上可买到的成品方面，传统上，当有新材料可供使用时，体育用品行业就极为灵活。迄今为止，石墨烯和碳纳米管的吸收量最大。网球拍，自行车车架，车轮，头盔，棒球棍，射箭箭，高尔夫球杆和钓鱼竿都已使用纳米材料投放市场，为用户提供了更轻，更坚固，更快，更硬或更耐用的设备。当然，有时很难独立验证纳米材料的性能优势，但这不一定是该市场销售的障碍。   

自2010年左右以来，复合材料（例如带有用石墨烯或CNT改性的树脂体系的热固性碳纤维预浸料）就进入了市场。制造商，例如Zyvex Technologies Inc.和OCSiAl（均在美国俄亥俄州哥伦布市），英国Gurit（新港，马恩岛）英国Wight）和Haydale Composite Solutions（英国拉夫堡）与SHD Composites（英国Sleaford）合作，将纳米增强材料用于需要改善性能（例如断裂韧性，抗压强度和导热系数）的客户。复合工具。到目前为止，纳米操作已集中在树脂上技术。增强织物中纤维的纳米处理或层压板的CNT缝合正在开发中，但将其结果转化为高性能复合材料零件生产还需要很多年。

展示现实生活中的好处

考虑到材料的强度，刚度和冲击后压缩潜力，在航空航天中使用包含石墨烯和/或CNT的复合材料可能被认为是不可避免的，但是其他功能特性正在推动更广阔的应用前景。  

最近一项由美国国家航空航天技术开发计划（NATEP，英国范堡罗）支持的GraCELS项目使用石墨烯增强碳纤维预浸料副翼演示器零件中环氧树脂的导电性，证明该零件的散热大大改善，并大大降低了散热量。雷击事件中的热损伤。该项目得到了英国空中客车公司（英国布劳顿），海代尔复合材料解决方案，BAE系统公司（英国法恩伯勒），SHD复合材料和科巴姆技术服务公司（英国基德灵顿）的支持，重要的是，该项目还确定了改善的机械性能并使用了现有的制造过程中，使这些材料适用于其他复合结构，例如风力涡轮机叶片，这些结构目前使用涂料或金属网来消散静电荷。

具有复杂几何形状和极低产量的零件的终极设计灵活性使增材制造（AM）成为热塑性复合材料零件的首选生产途径，这得益于定制设计。以前被认为更适合于模型和测试部件，最新的AM材料为生产工具和商业医疗设备，汽车零件和航空航天部件提供了可行的选择。现在可以从Directa Plus SpA（意大利洛马佐，意大利），Haydale和Graphene 3D Lab（美国纽约州卡尔弗顿），3DXTech（美国密歇根州拜伦中心）获得使用石墨烯和CNT的印刷长丝，并且可以使用粉末和颗粒形式的材料其他AM流程。随着机械性能的提高，可以添加诸如磁性，热和电导率之类的功能，

什么阻碍了进度？可能的最大挑战是以可承受的价格开发大规模，一致的原材料和复合材料供应链。例如，可以通过在碳化硅晶片上生长石墨烯，通过化学气相沉积（在Ni，Cu等上），通过化学还原氧化石墨，通过拉开SWCNT或拉长碳纳米管，以片状，片状或粉状形式生产石墨烯。通过固相或液相剥离（剥离单个石墨烯层）。这些不同的途径提供了产量，纯度和成本的各种组合，以及数量相对较少的工业规模供应商。

当原材料供应成熟时，这些新材料仍将面临重大挑战，当研究发现潜在的卓越性能时，这些挑战并不总是显而易见的。新材料可能会带来风险，并且尽管石墨烯和CNT具有很大的前景，但诸如商业航空航天之类的行业将需要确保导电CFRP不会影响其他特性，例如长期疲劳性能。尽管这些材料确实具有一些惊人的性能，但也存在一些问题。研究称赞石墨烯具有非凡的导电性，但目前尚无办法像在微处理器中使用硅这样的半导体来轻松关闭和接通电流。这阻碍了电子应用中突破性的速度提升。 

现有的，完善的技术和供应链也对石墨烯和碳纳米管构成了挑战，因为它们的制造商和最终用户不断向OEM证明他们的性能优势证明了材料成本和变更成本都是合理的。

未来展望

尽管有时将其他行业（特别是储能和电子行业）吹捧为石墨烯和CNT的最大奖项，但先进的复合材料行业似乎已将它们更快地商业化。随着全球供应基础的成熟，以及当前研究项目的持续早期开发确定了真正有益的复合材料应用，这种趋势预计将在未来十年内继续。

主要由于上述挑战，很难准确预测整个石墨烯和碳纳米管市场的增长速度。以石墨烯为例，当前的材料市场处于低至几千万美元的水平，研究人员和投资分析人士认为，到2025年，这一数字将在2亿美元至5亿美元之间。      

几年来，对研究和生产开发的投资将需要更高的水平，但是无论如何，直到下一个十年才可能实现全面的商业化。最成功的市场进入者将是最有能力将特定绩效提升与目标市场领域相匹配，同时又能在现有的价值链阻力中走得通畅的最佳人选。