Традиционные армированные полимерные композиты широко используются в аэрокосмической отрасли, транспорте и энергетике благодаря высокому соотношению прочности и массы. Однако их функции в основном ограничиваются несущей конструкцией. Чтобы добавить дополнительные возможности, например, мониторинг состояния, защиту от электромагнитных помех или управление температурой, приходится использовать отдельные устройства и компоненты. Это усложняет конструкцию и увеличивает её вес. Новый материал решает эту проблему: все функции встроены прямо в сам композит, без необходимости в дополнительных системах.

Учёные использовали технологию лазерно-индуцированного графена (LIG), позволяющую формировать проводящий графеновый слой непосредственно на поверхности кевлара — высокопрочной синтетической ткани, известной своей устойчивостью к ударам и нагреву. Затем обработанный материал встроили в композитные ламинаты из базальтового волокна и биоразлагаемой эпоксидной смолы.

Одной из ключевых функций материала стала возможность измерения деформации в реальном времени. Благодаря пьезорезистивному эффекту графенового слоя, то есть способности менять электрическое сопротивление при механическом воздействии, композит мгновенно фиксирует изменения нагрузки. Коэффициент чувствительности системы оказался близок к 1,0, что считается высоким показателем для подобных материалов.

Кроме того, ученые продемонстрировали функцию джоулева нагрева и противообледенительной защиты. При подаче низкого напряжения поверхность материала нагревалась выше 50°C, а лед при температуре −40°C полностью удалялся менее чем за пять минут.

Это полезная функция для аккумуляторов электромобилей, ветрогенераторов и авиационных конструкций. Композит также обеспечивает экранирование от электромагнитных помех, что становится все более востребованным в современной электронике и энергетических установках.

Производственный процесс основан на вакуумной инфузии — технологии, уже совместимой с промышленным производством, что повышает шансы на коммерческое внедрение разработки.

Однако исследователи признают, что до массового применения технологии еще предстоит решить ряд проблем. Среди них — сложность точного контроля пропитки смолой, устойчивость электрических контактов при длительных циклических нагрузках и возможная термическая деградация эпоксидной матрицы при многократном нагреве. В дальнейшем команда планирует улучшить структуру графенового слоя и разработать более надежные электроды для повышения долговечности материала.