2025年多功能碳基复合材料学术研讨会

碳基复合材料因其优异的力学、电学、化学性能及耐高温、低密度等特点，被广泛应用于国防科技、卫星导航、气象监测、人工智能、医疗器械等领域。全面突破碳纤维、碳纳米管、石墨烯等碳基复合材料领域的关键核心技术，解决制约发展的瓶颈问题，研发高性能、多功能碳基复合材料，提高产品性能和可靠性，将为我国国防科技及前沿领域发展提供强有力的支撑。为了促进碳基复合材料领域的学术与技术交流，推动碳基新材料的多功能化发展与关键技术突破，由中国复合材料学会碳基复合材料分会主办的“多功能碳基复合材料2025年度学术研讨会”定于2025年8月1-4日在西藏自治区林芝市举行，诚邀您的参与。

荣誉主席：黄伯云 中国工程院院士 中南大学

大会主席：熊 翔 教 授 中南大学

执行主席：曾 毅 教 授 中南大学

组织委员会：

侯向辉 教 授 西北工业大学

巩前明 研究员 清华大学

张幸红 教 授 哈尔滨工业大学

李同起 研究员 航天材料及工艺研究所

汤素芳 研究员 中国科学院金属研究所

杨金华 研究员 中国航发北京航空材料研究院

邱介山 教 授 北京化工大学

（以上排名不分先后，名单持续更新中）

以下内容为GPT视角对多功能碳基复合材料学术研讨会相关领域的研究解读，仅供参考：

多功能碳基复合材料研究现状

一、材料设计与制备技术的创新

复合结构调控

通过引入石墨烯、碳纳米管（CNTs）、碳纤维等碳基增强体，结合金属（如铜、镍）、陶瓷（如碳化硅、氮化硼）或高分子基体，形成多尺度、多组分复合结构。例如，石墨烯-碳纤维协同增强的碳基复合材料，通过界面工程优化，实现力学性能与导电性的双重提升，在柔性电子器件中展现出高灵敏度应变传感能力。

制备工艺突破

化学气相沉积（CVD）：用于制备高结晶度石墨烯薄膜，结合模板法可定向生长三维石墨烯网络，提升材料比表面积与离子传输效率。

3D打印技术：实现复杂结构碳基复合材料的定制化制造，如梯度密度多孔碳骨架，满足电化学储能器件对能量密度与功率密度的协同需求。

自组装与界面工程：通过分子动力学模拟指导表面功能化修饰，增强碳基材料与基体的界面结合力，抑制裂纹扩展，提升材料疲劳寿命。

二、性能优化与功能集成

力学-电学-热学协同增强

通过调控碳基材料的微观结构（如晶粒尺寸、缺陷密度）与组分比例，实现多物理场性能的协同优化。例如，在航空航天领域，碳/碳复合材料通过引入碳化硅涂层，兼具高温抗氧化性（>2000℃）与低热膨胀系数，满足超音速飞行器热防护需求。

智能响应功能开发

电磁屏蔽与吸波：将磁性金属颗粒（如铁氧体）嵌入碳基体，结合多孔结构设计，实现X波段（8-12 GHz）内电磁波吸收率>90%，应用于5G基站隐身技术。

自修复与形状记忆：在碳基体中引入动态共价键或微胶囊化修复剂，赋予材料自主修复裂纹的能力，延长使用寿命。

传感与驱动一体化：基于碳基复合材料的压阻效应与电致形变特性，开发柔性压力传感器与人工肌肉驱动器，响应时间<100 ms，驱动应变>5%。

三、应用领域的多元化拓展

能源存储与转换

锂离子电池：碳基复合材料作为负极，通过掺杂氮、硼等杂原子调控电子结构，实现可逆比容量>1500 mAh/g，循环寿命超2000次。

超级电容器：三维多孔碳骨架结合导电聚合物（如聚苯胺），能量密度达50 Wh/kg，功率密度突破10 kW/kg，适用于混合动力汽车快速充放电场景。

氢能催化：氮掺杂碳纳米管负载铂基催化剂，将氧还原反应（ORR）过电位降低至0.1 V，提升燃料电池效率。

环境治理与催化

污水处理：磁性碳基复合材料通过Fe₃O₄纳米颗粒修饰，实现重金属离子（如Pb²⁺、Cd²⁺）吸附容量>300 mg/g，并可通过外加磁场回收再生。

CO₂转化：铜-碳复合催化剂在光/电催化下，将CO₂还原为甲醇的选择性达85%，电流效率>90%，助力碳中和目标实现。

生物医学工程

组织工程支架：碳纳米管/水凝胶复合材料通过3D打印制备多孔结构，促进细胞黏附与血管化，应用于骨组织修复，压缩强度达10 MPa，接近天然皮质骨。

癌症治疗：氧化石墨烯负载光敏剂（如吲哚菁绿），在近红外光照射下产生局部高温（>50℃），实现肿瘤光热消融，同时通过EPR效应靶向富集，降低对正常组织损伤。

四、当前挑战与未来方向

技术瓶颈

界面相容性：碳基材料与金属/陶瓷基体的热膨胀系数差异导致界面应力集中，需开发梯度界面层或原子层沉积（ALD）技术。

规模化制备：CVD法制备大面积石墨烯薄膜的成本仍高于传统金属箔材，需优化工艺参数与设备设计。

性能衰减机制：在极端环境（如高温、强辐射）下，碳基复合材料的微观结构演变规律尚不明确，需结合原位表征技术（如同步辐射X射线衍射）深入研究。

未来趋势

数字化设计与智能制造：通过机器学习预测材料性能，结合AI优化制备工艺参数，加速新型碳基复合材料的研发周期。

仿生结构与多功能集成：模仿天然材料（如贝壳、骨骼）的分级结构，开发兼具超强韧、自修复与能量转换功能的仿生碳基复合材料。

绿色可持续发展：以生物质（如木质素、纤维素）为前驱体制备碳基材料，降低对化石资源的依赖，同时开发可降解碳基复合材料，减少环境污染。

多功能碳基复合材料研究可以应用在哪些行业或产业领域

一、能源与动力领域：清洁能源革命的基石

电化学储能系统

锂离子电池负极：

硅碳复合材料通过纳米结构设计（如硅颗粒@碳壳），缓解硅体积膨胀问题，实现可逆比容量超1500 mAh/g（是传统石墨的4倍），应用于高能量密度动力电池（如特斯拉4680电池）。

超级电容器电极：

三维石墨烯/碳纳米管复合骨架结合赝电容材料（如MnO₂），能量密度达50 Wh/kg（接近锂离子电池），功率密度突破10 kW/kg，满足混合动力汽车快速充放电需求。

固态电池电解质：

碳基复合固态电解质（如LLZO@碳纳米纤维）兼具离子导电性（>10⁻³ S/cm）与机械柔韧性，解决传统陶瓷电解质脆性问题，推动固态电池产业化。

氢能与燃料电池

催化剂载体：

氮掺杂碳纳米管负载铂基催化剂，将氧还原反应（ORR）过电位降低至0.1 V，提升质子交换膜燃料电池（PEMFC）效率至60%，应用于氢能重卡与分布式发电。

储氢材料：

碳纳米纤维/金属有机框架（MOF）复合材料通过物理吸附储氢，储氢容量达6.5 wt%（室温下），较传统高压气罐提升3倍，推动氢能汽车续航突破1000公里。

二、航空航天与国防工业：极端环境下的性能突破

轻量化结构材料

碳/碳复合材料：

用于火箭发动机喷管喉衬（如SpaceX猛禽发动机），通过碳化硅涂层实现2500℃高温抗氧化，较传统镍基合金减重70%，助力可回收火箭重复使用。

仿生蜂窝结构：

受蜂巢启发的碳纤维/环氧树脂复合材料，比强度达300 MPa/(g/cm³)，应用于无人机机翼，减重同时提升抗疲劳性能（疲劳寿命>10⁶次循环）。

隐身与防护技术

电磁波吸收材料：

铁氧体/碳纳米管复合涂层在X波段（8-12 GHz）内实现反射损耗<-20 dB，厚度仅2 mm，应用于隐身战机（如F-35）与5G基站电磁屏蔽。

防弹装甲：

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/碳纤维复合材料，抗弹性能达NIJ IV级（可抵御.30-06穿甲弹），较传统陶瓷装甲减重40%，应用于单兵防护与装甲车辆。

三、电子信息与智能硬件：赋能下一代终端设备

柔性电子器件

可穿戴传感器：

石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合薄膜通过压阻效应实现0.1%应变灵敏度（GF>1000），应用于智能手环的脉搏与呼吸监测，功耗<1 mW。

人工肌肉驱动器：

碳纳米管/形状记忆聚合物复合材料在电场刺激下可产生5%应变，响应时间<100 ms，驱动密度达30 kPa/g，应用于软体机器人与外骨骼。

半导体与芯片散热

金刚石/铜复合热沉：

通过化学气相沉积（CVD）将金刚石颗粒嵌入铜基体，热导率达800 W/(m·K)，较纯铜提升3倍，解决5G基站芯片（如华为天罡）1000 W/cm²级热流密度散热难题。

透明导电电极：

银纳米线/还原氧化石墨烯（rGO）复合薄膜透光率>90%，方阻<10 Ω/□，替代氧化铟锡（ITO）应用于柔性OLED显示屏（如三星Galaxy Z Fold系列）。

四、生物医学与健康产业：精准医疗的技术载体

组织工程与再生医学

骨修复支架：

碳纳米管/羟基磷灰石（HA）复合材料通过3D打印制备多孔结构（孔隙率80%），促进成骨细胞增殖与血管化，压缩强度达15 MPa（接近天然松质骨），应用于颌面外科修复。

神经导管：

聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）/石墨烯复合导管，电导率10⁻³ S/cm，引导神经轴突定向生长（再生速度0.5 mm/d），修复10 mm坐骨神经缺损。

癌症诊疗一体化

光热治疗（PTT）：

氧化石墨烯负载光敏剂（如吲哚菁绿，ICG），在808 nm激光照射下（1 W/cm²，5 min）产生局部高温（>50℃），肿瘤消融率达95%，副作用较化疗降低80%。

药物递送系统：

中空碳球（直径100 nm）表面修饰聚乙二醇（PEG）与靶向肽（如cRGD），实现阿霉素（DOX）在肿瘤部位富集（EPR效应+主动靶向），半衰期延长至24 h，抑瘤率提升至70%。

五、环境工程与资源利用：碳中和的技术支撑

水污染治理

重金属吸附剂：

磁性碳纳米管（Fe₃O₄@CNTs）对Pb²⁺的吸附容量达320 mg/g（Langmuir模型），饱和后通过外加磁场回收再生（循环5次效率>90%），应用于电镀废水处理。

海水淡化膜：

氧化石墨烯/聚酰胺复合膜（GO-TFC）水通量达40 L/(m²·h·bar），NaCl截留率99.5%，能耗较反渗透膜降低30%，应用于中东海水淡化工程（产能10万吨/日）。

CO₂资源化利用

电催化还原：

铜-碳纳米纤维复合催化剂在流动电解池中，将CO₂转化为乙烯（C₂H₄）的选择性达65%，电流效率>80%，单程转化率突破50%，推动工业级CO₂加氢制烯烃。

光催化固碳：

氮化碳（g-C₃N₄）/石墨烯复合材料在可见光照射下（λ>420 nm），CO₂还原为甲醇（CH₃OH）的量子效率达12%，为人工光合作用提供新路径。

六、未来产业趋势：跨学科融合与颠覆性应用

量子计算与信息存储

碳基量子比特：

金刚石氮空位中心（NV center）结合碳纳米管波导，实现室温下量子纠缠态保持时间>1 ms，较硅基量子点提升2个数量级，推动容错量子计算机研发。

相变存储器（PCM）：

碳纳米管阵列作为PCM的加热电极，将写入功耗降低至0.1 pJ/bit，写入速度<10 ns，应用于高密度存储芯片（如长江存储3D NAND）。

太空探索与深空探测

核热推进燃料：

碳化硅纤维增强碳基复合材料（C/SiC）作为核反应堆反射层，耐受温度3000℃，中子吸收截面<0.1 barn，提升核热火箭比冲至900 s（较化学火箭提升3倍），缩短火星任务时间至3个月。

月壤3D打印：

碳基粘结剂（如酚醛树脂）与月壤模拟物复合，通过激光选区烧结（SLS）制备月面建筑构件，抗压强度>20 MPa，实现“就地取材”的月球基地建设。

总结：多功能碳基复合材料的产业价值

技术替代性：在电池、催化、隐身等12个领域实现传统材料替代，性能提升幅度达50%-300%。

市场潜力：2025年全球市场规模预计达800亿美元（CAGR 15%），其中能源存储与航空航天占比超60%。

战略意义：成为中美欧日等科技强国“材料基因组计划”的核心方向，推动从“材料-器件-系统”的全链条创新。

多功能碳基复合材料领域有哪些知名研究机构或企业品牌

国内知名研究机构

河南省科学院碳基复合材料研究院：该研究院以碳基复合材料基础理论和应用技术研究为主，重点开展高性能碳基复合材料、高温防护涂层、新型功能复合材料等方向的研究工作，致力于打造理论基础研究-关键技术突破-产业化应用一体化的全链条发展创新平台。

西北工业大学碳/碳复合材料研究所：是我国最早开展航空发动机用高性能碳/碳复合材料及抗氧化涂层研究的机构之一，针对碳/碳复合材料成本高、高温易氧化、性能不稳定等瓶颈问题，开展了高效低成本制备工艺、热解碳织构控制、抗氧化涂层等研究，并拓展了高性能碳纤维增强纸基摩擦材料、生物活性涂层等新方向。

中国科学院山西煤炭化学研究所：是中国最早研究碳纤维及复合材料的机构之一，依托碳纤维制备技术国家工程实验室，围绕航空、航天、能源、交通等领域的重大战略任务与重点工程对碳纤维复合材料的迫切需求，建立碳纤维制备工程化技术平台，开展工程化技术研究。

北京化工大学国家碳纤维工程技术研究中心：拥有高强碳纤维研究室、高模碳纤维研究室等多个研究室，围绕碳纤维制备及应用开展研究。

哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术重点实验室：针对我国航空航天等领域超常服役条件下的先进复合材料和特种功能材料及结构开展前瞻性、前沿性以及重大关键技术应用基础研究。

天津大学材料学院功能碳复合材料研究室：以院士为顾问、杰青为学术带头人，以材料、物理、化学、电子信息交叉学科为基础，建设有创新能力、国际视野、团结协作的人才梯队，研究内容主要分为偶氮基光热转换与存储材料、结构可控的氟化纳米碳复合材料等四个方向。

国外相关机构及国内企业品牌

国外研究机构：国外在等温CVI工艺的基础上，开发了热梯度CVI、压差CVI、强制流动CVI、液经蒸发沉积等快速致密化工艺，相关研究机构在碳基复合材料制备工艺、性能优化等方面具有深厚的技术积累。

湖南金博碳素股份有限公司：2019年获评工信部第一批专精特新“小巨人”企业，2020年成为沪深两市民用碳/碳复合材料第一股，在民用高温热场用碳基复合材料细分市场具有重要地位。

梦克斯航空：掌握复合材料火箭整流罩全流程生产技术并成功入轨，其树脂基复合材料以碳纤维为增强纤维，以环氧树脂等为粘接基体，具有轻质高强、耐腐蚀性强、可设计性好等特点，已应用于导弹、火箭和飞机等结构件上。同时，该公司与哈尔滨工业大学建立合作，推进超高温陶瓷基复合材料应用成本的降低和批量化制造。

德翼高科（杭州）科技有限公司：成立于2019年9月，专业从事碳基复合材料研发、制造、应用，具备全链条技术自主研发能力，产品涵盖碳碳喷管扩散段、汽车碳陶制动盘、碳/碳高密板材等，在航空航天、汽车、新能源及高端装备制造等领域取得突破。

多功能碳基复合材料领域有哪些招聘岗位或就业机会

一、研发与工程类岗位

复合材料研发工程师

职责：负责碳基复合材料配方设计、工艺优化及新产品开发，需掌握CVD/CVI、PIP等制备技术，熟悉材料表征与性能测试。

技能要求：材料科学与工程、化学工程与技术等专业背景，具备碳纤维、石墨烯等材料研究经验，熟悉有限元分析软件。

薪资范围：硕士学历年薪20-40万元，博士或高级职称可达40-60万元。

复合材料结构设计工程师

职责：承担碳基复合材料在航空航天、汽车等领域的结构设计与仿真分析，需具备材料力学性能与结构优化能力。

技能要求：熟练使用ANSYS、ABAQUS等仿真软件，熟悉复合材料铺层设计与失效准则，有航天器热防护系统或汽车轻量化设计经验者优先。

工艺工程师

职责：优化碳基复合材料成型工艺（如RTM、热压罐），解决生产中的缺陷问题，提升良品率。

技能要求：熟悉碳纤维预浸料制备、模压成型等工艺，具备工艺文件编制与现场问题解决能力。

二、生产与质量管理类岗位

生产主管/车间主任

职责：管理碳基复合材料生产线，制定生产计划，控制成本与交期，确保安全生产。

技能要求：5年以上复合材料生产管理经验，熟悉精益生产与6σ管理，具备团队管理与跨部门协作能力。

质量工程师

职责：建立质量控制体系，开展来料检验、过程巡检与成品测试，处理客户投诉与质量改进。

技能要求：熟悉ISO 9001/IATF 16949体系，掌握SPC、FMEA等工具，有复合材料无损检测经验者优先。

三、销售与技术支持类岗位

复合材料销售经理

职责：开发航空航天、新能源、汽车等领域客户，推广碳基复合材料解决方案，完成销售目标。

技能要求：3年以上复合材料销售经验，熟悉行业客户需求与采购流程，具备技术交流与商务谈判能力。

技术支持工程师

职责：为客户提供碳基复合材料选型建议、应用指导与售后培训，协助解决现场技术问题。

技能要求：材料学或机械工程背景，熟悉复合材料加工工艺，具备技术文档编写与演讲能力。

四、新兴领域岗位

碳管理师

职责：参与碳基复合材料生产全流程的碳足迹核算，制定减碳方案，推动绿色制造。

技能要求：熟悉LCA方法学与碳交易规则，有ESG报告编制或碳管理项目经验者优先。

增材制造工程师

职责：开发碳基复合材料3D打印工艺，优化打印参数与后处理流程，实现复杂结构定制化生产。

技能要求：掌握SLS、DLP等3D打印技术，熟悉碳基复合材料粉体或丝材特性，有医疗植入物或航空构件打印经验者优先。

五、就业机会分布

行业分布

航空航天：火箭发动机喷管、卫星热防护层等部件对碳碳复合材料需求旺盛。

新能源汽车：电池箱体、轻量化底盘等部件推动碳纤维复合材料应用。

新能源：光伏热场、氢能储运等领域对碳基复合材料需求快速增长。

企业类型

龙头企业：如中复神鹰、光威复材等，提供研发、工程、生产等全链条岗位。

创新型企业：如专注于3D打印碳基复合材料的初创公司，招聘增材制造、材料开发等岗位。

科研机构：如河南省科学院碳基复合材料研究院，招聘博士后、特聘研究员等科研岗位。