美国伦塞勒高等技术综合学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员最近通过三个研究课题发现：石墨烯应该排名在纳米材料前面，成为风机或飞机机翼所用复合填充材料第一选择。
　　
    研究结果显示，注入了石墨烯的复合材料跟注入了碳纳米管或其他纳米微粒复合材料相比较，硬度更高、强度更大、更不容易受损。这意味着，由纳米级的碳原子组成的链状栅栏形成一个原子厚度的石墨烯片材，将会成为下一代纳米复合材料开发中的一个关键性要素。
　　
    “我已经在纳米复合材料界工作了10年了，石墨烯是我见过的机械性能方面最好的。”伦塞勒学院机械、航天和核能工程系的教授Nikhil Koratkar介绍说，他是这些研究的总负责人。“石墨烯在传递它的超凡强度和机械性能给基体材料方面比碳纳米管材料或是其他任何已知的纳米填充物材料都好太多了。”

    Koratkar教授详细地在最近出版的论文中公布了他的研究结果：“石墨烯纳米复合材料的断裂和疲劳性能表现非常不明显，含有少量石墨烯纳米填充物的复合材料表现出明显强化的机械性能。”——出自他在《ACS Nano》上发表的论文；“石墨烯纳米材料具有极好的刚度（抗折性能）——出自他在《 the journal Applied Physics Letters》上发表的文章。”

    先进的复合材料逐渐成为新式风机叶片、飞机和其他要求超轻、高强度材料设计的主要成分。环氧复合材料是极轻的，但是易碎和易折。Koratkar教授的团队尝试过在复合材料中掺入叠成片状的石墨烯，每叠都是一个纳米厚度，他们也在环氧复合材料中注入过纳米管材料（作为对比试验）。环氧材料注入了石墨烯后表现出超好的性能。事实上，加入重量为复合材料约百分之零点一比例的石墨烯材料就比加入同等复合材料百分之一比例的的纳米管材料更能提高材料的硬度和刚度。这样，Koratkar教授说，按照重要性的第一顺序，应该突出石墨烯在未来的重要地位。石墨烯材料还能够加强基体材料抗疲劳、抗连续破裂的性能，相对于环氧基的复合材料来说，几乎有双重的重要性。
　　
    尽管石墨烯和碳纳米管材料在他们的化学组成上和机械性能上几乎是一样的，石墨烯在传递它的固有特性给基体材料时比纳米管材料好得多。“纳米管材料具备令人惊讶的强度，但是他们的特性于复合材料的机械性能上几乎没有影响，如果它们不能够将本身的物理性能传递给基体材料。”Koratkar教授说。“一个链条的强度等于它最薄弱环节的强度，如果那个薄弱的环节在纳米管材料填充聚合体中，那就是说决定了整个聚合体机械性能的还是两者中较弱的一方（的物理性能）。无论纳米管材料有多强、有多硬，如果它跟这个聚合体的接触传递很差，那么这种结合就是失败的。”
　　
    Koratkar教授介绍说，石墨烯有三个显著优势好于碳纳米材料。第一个就是石墨结构表面的粗糙和褶皱（由表面高密度的瑕疵导致）。这些瑕疵表面是由于伦塞勒学院的研究团队用热剥离工艺从石墨中提出大量的石墨烯造成的。这些有褶皱的石墨烯片材表面和基体材料中的环境紧紧扭结在一起，有助于提高两种材料界面间基体材料对石墨烯填充物的压力传递和负荷转移。第二个优势是石墨烯的表面区域。作为一个平的片状材料，石墨烯跟基体材料环境之间比管状的纳米管材料有着更大的接触面。这是因为聚合体链不能够进入纳米管材料的管内，仅仅是在顶部和底部表面跟碳纳米管材料结合，而石墨烯片材更跟聚合体基体结合得更好。第三个优势是石墨烯的几何结构。当复合材料结构中的一个细小裂缝遭遇了一个二维石墨烯片材，（这些裂纹）就会转向，或者被迫在片材周围（对它）施加倾斜力或扭曲力。这个过程就减少复合材料细小裂纹的继续蔓延发展并消化掉这种（破坏性）能量。使裂纹偏转对于二维片材，尤其是有着高比度的石墨烯来说，比一维碳纳米管材料更有效。
　　
    Koratkar教授说，航空和风能工业在寻找新的更坚固，寿命更长的回转轴和风机叶片设计材料。他和他的研究团队将进一步研究如何利用石墨烯来实现这个目标。石墨烯在这个方向有着非常大的应用潜力，因为它是用石墨提取的，可以用相对低的成本大量生产（也就是说石墨烯的大规模生产在成本上比碳纳米管材料更具优势。）

    据悉，这些研究课题均由美国海军研究局（ONR）、美国陆军和美国国家科学基金会（NSF）出资赞助。