近日，由日本东京大学研发的碳纤维强化复合材料（CFRP）相关发明正式获得美国专利授权，专利号为 US 12,503,569 B2。这项由东京大学未来愿景研究中心古月文志客座教授团队牵头研发的技术，核心依托石墨烯氧化物与 TEMPO 氧化纳米纤维素的复合创新，一举攻克了传统CFRP生产中的成本与工艺痛点，为这款高性能结构材料的大规模产业化应用迈出了关键一步。
CFRP是以碳纤维为强化材，与树脂基体复合而成的新型材料，凭借轻量化、高比强度、高比刚性的突出优势，早已成为航空航天、汽车制造、机器人研发、船舶工业等领域的核心结构材料。但长期以来，行业发展始终受限于一个关键难题：为提升碳纤维与树脂基体的界面粘接性，传统生产工艺需要对碳纤维进行复杂的特殊前处理，这一环节不仅大幅推高了制造成本，还可能造成碳纤维本身的强度损耗，成为制约 CFRP 规模化普及的重要因素。而东京大学此次的专利技术，正是针对这一行业痛点的颠覆性解决方案。
该专利技术的核心创新点，在于打造出一款独特的“纳米碳 / 纳米纤维素复合体”，并将其均匀分散于不饱和聚酯树脂中，再与碳纤维结合制备出高性能 CFRP。其中构成复合体的两大核心材料，以及作为分散载体的树脂，均具备适配产业化的独特优势：石墨烯氧化物是石墨烯经氧化处理后引入羟基、羧基等官能基的改性材料，拥有优异的水分散性，极易与其他材料复合。
TEMPO 氧化纳米纤维素是东京大学在全球率先研发的生物基纳米材料，由植物来源的纤维素纤维经 TEMPO 催化剂氧化细化至纳米尺度制成，兼具高分散性与丰富的官能基，是理想的复合基材；而不饱和聚酯树脂是纤维强化塑料（FRP）常用的热固性树脂，不仅成本优势显著，还能适配多种成型工艺，为这项技术的产业化落地奠定了坚实基础。
相较于传统工艺，这款基于纳米复合技术的 CFRP 制备方法展现出四大核心优势，实现了性能与成本的双重突破。其一，彻底省去了碳纤维的特殊前处理环节，通过在树脂基体侧分散纳米复合体的方式，直接提升碳纤维与树脂的界面粘接性，大幅简化生产流程的同时，有效降低了制造成本；其二，机械性能表现优异，在标准化测试中，该材料依据 JIS K 7164 完成的拉伸试验最大点应力达 410 N/mm² 以上，依据 JIS K 7171 完成的三点弯曲试验最大点应力超 310 N/mm²，保持了超高的结构强度；其三，具备独特的安全特性，材料在发生破坏时能有效抑制破片飞散，可大幅减少设备损毁、意外事故中的二次伤害；其四，应用场景极具延展性，除航空航天、新能源汽车等传统高端领域外，还可广泛适配电动自行车、集装箱、工业机器人等产品的制造，适配性远超传统 CFRP。
东京大学未来愿景研究中心始终以将学术成果转化为实际生产力、赋能可持续社会建设为核心使命，而这款低成本、高强度的 CFRP 技术，恰好契合碳中和社会对轻量化、高性能结构材料的核心需求。目前，东京大学正计划推动该技术与产业界的深度联动，加速技术的落地转化，未来这款创新 CFRP 有望在众多领域实现规模化应用，为高端制造领域的低碳化、轻量化发展注入全新动能。
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