그래핀-강화 고분자 매트릭스 복합체는, 흑연 마이크로 입자, 단일-층 그래핀 나노입자, 다중층 그래핀 나노입자 그리고 이들의 두개 또는 그 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 입자의 총 복합 중량이 약 10% 내지 약 50%범위인 열가소성 고분자 매트릭스 복합체에 본질적으로(essentially) 균일한 분포를 포함하는 그래핀 강화 고분자 매트릭스 복합체로서, 적어도 50중량% 입자가 c-축 방향에 따른 두께가 50나노 미터 미만인 단일-층 및/또는 다중층 그래핀 나노입자를 포함한다. 그래핀-강화 고분자 복합체는 (a) 매트릭스 고분자들 하나 또는 그 이상을 포함하는 용융된 열가소성 고분자 상 내로 흑연 마이크로 입자들을 분산시키는 단계; 그리고 (b) 최소한 50%의 흑연이 매트릭스 고분자가 c-축 방향으로 50 나노미터 두께 미만인 단일-층 및 다중-층 그래핀 나노 입자의 용융된 고분자 상 내에 분산되어 박리될 때까지, 매트릭스 고분자들이 흑연을 매 이벤트마다 연속적으로 전단할 수 있도록, 용융된 고분자 상으로 전단 변형 이벤트를 연속적으로 가하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
A graphene-reinforced polymer matrix composite comprising an essentially uniform distribution in a thermoplastic polymer of about 10% to about 50% of total composite weight of particles selected from graphite microp articles, single-layer graphene nanoparticles, multilayer graphene nanoparticles, and combinations thereof, where at least 50 wt% of the particles consist of single- and/or multi-layer graphene nanoparticles less than 50 nanometers thick along a c-axis direction. The graphene-reinforced polymer matrix is prepared by a method comprising (a) distributing graphite microparticles into a molten thermoplastic polymer phase comprising one or more matrix polymers; and (b) applying a succession of shear strain events to the molten polymer phase so that the matrix polymers exfoliate the graphite successively with each event until at least 50% of the graphite is exfoliated to form a distribution in the molten polymer phase of single- and multi-layer graphene nanoparticles less than 50 nanometers thick along a c-axis direction.