Los compuestos de matriz polimérica (PMC) son materiales compuestos avanzados con una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluida la colocación de materiales convencionales (p. ej., madera, hormigón, aluminio, acero, etc.) por diversas razones (p. ej., economía, resistencia a la corrosión, biorresistencia, aligeramiento, etc.), así como el desarrollo de productos que antes no eran prácticos. Hay dos categorías de polímeros: termoestables y termoplásticos. Los polímeros termoendurecibles pasan por un proceso de curado en el que las reacciones químicas conducen a una extensa reticulación; el resultado es un material que no se puede derretir ni remodelar. Por otro lado, los termopolímeros pueden fundirse y remodelarse muchas veces. Los PMC tradicionalmente consisten en polímeros termoestables reforzados con aditivos (por ejemplo, fibras de vidrio, fibras de carbono, nanofibras de carbono, nanotubos de carbono, etc.). Los recubrimientos (p. ej., silanos funcionalizados), comúnmente conocidos como aprestos, se utilizan para aumentar la unión secundaria entre el polímero y las fibras. Los PMC se han estudiado ampliamente debido a las mejoras significativas en las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas que imparten estos aditivos. Con el descubrimiento del grafeno, estudios recientes han investigado polímeros reforzados con nanoescamas de grafeno (GNF). El grafeno es una capa única de átomos de carbono con hibridación sp2 dispuestos en una red hexagonal y, en el plano, posee excelentes propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y de barrera.

Las propiedades mecánicas son factores considerables a la hora de decidir el tipo de material a utilizar para un propósito particular. Los polímeros carecen de la rigidez y la resistencia que los metales (p. ej., acero, aluminio) pueden proporcionar y, por lo tanto, no suelen utilizarse para aplicaciones estructurales. Stark y Rowland [6] combinaron diferentes distribuciones de partículas de harina de madera en PP; encontraron que los módulos de tracción y flexión aumentaron con la relación de aspecto, y que la energía de impacto Izod con muescas aumentó con el tamaño de las partículas. El módulo de flexión del nailon 6,6 (PA66) es normalmente de 0,8 a 2 GPa; sin embargo, después de la adición de 30% en peso de fibra de vidrio, el módulo de flexión mejora significativamente: 5-8 GPa. El módulo de flexión también aumenta en las composiciones que tienen un 30 % en peso de carga mineral: 3,9-4,1 GPa. Estos ejemplos demuestran la debilidad de los polímeros (rigidez) y las espectaculares mejoras que se pueden realizar mediante el uso de aditivos de refuerzo. Las conductividades térmica y eléctrica de los metales y polímeros también son dramáticamente diferentes. La conductividad térmica del aluminio es de alrededor de 240 W/mK pero es de solo 0,25 W/mK para PA6 (Tabla 1). Esta enorme diferencia de dos órdenes de magnitud demuestra por qué los polímeros se usan regularmente para aplicaciones de aislamiento térmico y eléctrico. La resistencia al impacto es otro factor clave utilizado para determinar los materiales ideales para una aplicación. Los polímeros con alta resistencia al impacto pueden soportar mayores impulsos de energía, lo que les permite ser utilizados en aplicaciones que requieren una estructura protectora estable. Por ejemplo, la mayoría de los parachoques de automóviles están fabricados con ABS, que tiene una gran resistencia al impacto: 200-215 J/m^ 2. Es esta característica la que protege a los ocupantes de un vehículo durante un accidente.

El proceso único, el refuerzo de polímeros con grafeno mejora las propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y otras. Los G-PMC ofrecen un rendimiento mejorado para los componentes de plástico existentes y permiten aplicaciones que antes no eran prácticas para el polímero "puro". Es por ello que la tecnología G-PMC representa una nueva revolución de materiales para la fabricación de componentes. El desarrollo de métodos de bajo costo para producir compuestos de matriz polimérica reforzada con grafeno de manera efectiva ha sido lento. La razón principal son las técnicas químicas y térmicas costosas, ineficaces y ecológicamente cuestionables que se utilizan actualmente para la producción de grafeno. Estos G-PMC se preparan en equipos diseñados a la medida para realizar la exfoliación por cizallamiento in situ del grafito extraído dentro de cualquier termopolímero fundido. Múltiples eventos sucesivos de alto cizallamiento separan y desgarran las láminas de grafeno, creando radicales libres en los bordes que son satisfechos por polímero cercano. El proceso es esencialmente un reactor químico donde se rompen los enlaces C-C de las láminas de grafeno, se producen radicales libres y se forman nuevos enlaces covalentes entre las láminas de grafeno y las moléculas del fluido huésped.