石墨烯增强金属基复合材料的制备方法研究进展

石墨烯因其独特的电学、力学和热学等性能,作为强化相在制备轻质、高强度、强韧性的优异合金材料方面越来越受到关注.简单介绍了石墨烯制备方法和性质,综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法、性能及强化机制,并对影响复合材料结构性质的因素进行了分析,同时展望了今后金属基石墨烯复合材料的研究方向及发展趋势.     

石墨烯增强金属基复合材料的研究进展

石墨烯由于独特的结构和优异的性能已成为金属基复合材料中最具吸引力的碳质材料增强体。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料的研究进展、强化机制及石墨烯表面改性进展,分析了石墨烯增强金属基复合材料研究存在的问题,并对石墨烯增强金属基复合材料的研究方向及发展趋势进行了展望。     

石墨烯复合材料的研究进展

石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用, 并特别讨论了石墨烯/块体金属基复合材料的制备方法和其优异性能。     

金属材料的石墨烯强韧化

石墨烯材料以其优异的本征力学性能,被认为是新一代金属基复合材料中理想的增强体。特别是,由于调控石墨烯内禀缺陷的种类和含量可以较为简便地实现对其本征力学性能的精确"剪裁",使得石墨烯增强金属基复合材料具有广阔的发展空间。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料制备工艺与结构-性能关系的研究进展,并聚焦于石墨烯/金属之间界面的结构与性能。这不仅是因为在复合材料使役时,外加载荷是通过复合界面传递到石墨烯增强体的(即"承载效应"),也因为随着石墨烯的加入,在复合材料变形过程中石墨烯和金属基体内的位错发生复杂的相互作用,改变或影响了基体的变形机制,导致了额外的强韧化效果。最后,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势,指出需要发展可放大的制备工艺,并深入研究实际使役条件下复合材料的力学行为和性能响应机制。     

3D打印石墨烯增强复合材料研究进展

近年来,石墨烯优异的力学、热学性能以及大规模量产的可行性,使其成为了研究热点。将石墨烯作为增强相添加到金属、聚合物及陶瓷等材料中,有望提高复合材料的综合性能。针对复合材料性能优化的需求,各种用于制备石墨烯增强复合材料的制造方法应运而生。其中,3D打印技术兼具工艺灵活和制备的产品性能优异的优点,引起了学者的广泛关注。然而,石墨烯自身密度低、比表面积大且易团聚,对复合材料的力学性能会造成不利影响,且其与陶瓷或金属基体的润湿性差,无法形成良好的界面结合。因此,如何将石墨烯均匀分散于复合材料中一直是学者们的研究重点,目前开发的分散方法有溶液混合法、熔体混合法、原位混合法和机械球磨法等。其中,将石墨烯分散于金属基粉体或陶瓷基粉体中的方法主要有溶液混合和机械球磨,石墨烯均匀分散于基体中不仅能提高复合材料的力学性能,还能改善其与基体的界面结合。研究较多的石墨烯增强聚合物复合材料混合方法主要有溶液混合、熔体混合和原位混合等,利用上述方法得到的三维样品力学性能、导热和导电性能均有较大提升,且应用于生物医学或储能领域表现出良好的生物或电学性能。本文从金属基复合材料、聚合物基复合材料及陶瓷基复合材料三个方面综述了3D打印石墨烯增强复合材料的研究进展,从制粉和成形两个角度详细阐述了石墨烯增强复合材料在3D打印方面的应用。期待未来石墨烯增强复合材料可以广泛应用于能源器件、生物支架及航天航空等领域,为材料的研究拓展更广阔的空间。     

石墨烯增强金属基复合材料界面研究进展

金属基复合材料是由高强度增强相与金属基体组成,因具备优良的综合性能,在各领域内展现出广阔的应用潜力。与常规增强相不同,石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角呈蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,因其独特的结构而具有优异的电学、力学、热学和光学等特性。石墨烯增强金属基复合材料已经成为先进复合材料领域的研究热点,而对于金属基复合材料,其综合性能与界面的结构和性质关联密切。从近年来石墨烯增强金属基复合材料界面微观组织及理论研究出发,对常见石墨烯增强金属基复合材料体系的界面结构及力学性能进行总结,同时总结计算机模拟手段在分析界面结构、界面结合强度以及界面微观断裂机制等方面的进展,为设计和优化金属基复合材料界面提供理论依据。     

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。     

常压烧结法制备石墨烯-铜纳米复合材料

石墨烯由于具有超高强度、刚度以及优异的热学和电学性能,被认为是金属基复合材料的理想增强相.本文采用常压烧结法制备了石墨烯增强铜基纳米复合材料.采用电镜观察以及其它相应的材料表征对其微观组织及化学成分进行了研究.这些表征结果显示了常压烧结后石墨烯在复合材料中的留存及分布情况.随后对复合材料的硬度及摩擦系数进行了测试.测试...     

石墨烯/金属复合材料力学性能的研究进展

综述了石墨烯/金属复合材料在力学性能研究方面的现状、进展及发展趋势,讨论了线弹性非均质材料的微观力学模型在阐明石墨烯强化机制中的作用,着重阐述了石墨烯的结构完整性以及分散方法的选择等对于提高石墨烯/金属复合材料力学性能的重要性,归纳了当前石墨烯强化金属基复合材料研究存在的问题,并从原料研制、理论探索、工艺开发和协同增强等方面指出了石墨烯/金属复合材料力学性能的研究趋势。     

碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望

首先介绍了碳纳米管的性质和优点,并讨论了将其应用于制备金属基复合材料方面的优势.从制备方法、材料性能等方面阐述了目前国内外对碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状,并对碳纳米管增强金属基复合材料研究的发展前景进行了展望.     

石墨烯增强铝基复合材料的制备工艺、组织与性能研究进展

石墨烯因独特的二维结构与优异的力学性能成为铝基复合材料的理想增强体。随着铝基复合材料制备技术的日益成熟,石墨烯增强铝基复合材料在结构材料的广泛应用已成为研究的热点。综述了石墨烯增强铝基复合材料制备工艺的最新研究进展,重点讨论了石墨烯有效分散的方法,石墨烯铝基复合材料的组织与界面结构。研究表明,石墨烯能够显著提高复合材料的力学性能,细化基体晶粒。通过合理控制复合材料的制备工艺参数不但能够有效解决石墨烯的团聚问题,而且能避免石墨烯与基体之间界面的不利反应。最后提出了石墨烯增强铝基复合材料研究目前面临的挑战以及解决思路。     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,具有良好的力学、导电以及润滑性能,是铜基复合材料中最具潜力的增强体.本文综述了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺,详细分析并归纳了石墨烯增强铜基复合材料的界面结构对于复合材料力学性能的影响及增强机制,总结了石墨烯增强铜基复合材料摩擦学行为研究的最新进展,并深入阐述了石墨烯增强铜基复合材料...     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

铜(Cu)基复合材料具有优异的力学、热学、电学及耐磨和耐腐蚀等性能,广泛应用于各种工业技术领域。石墨烯(Graphene,Gr)具有二维平面结构和优异的综合性能,是金属基复合材料理想的增强相。石墨烯增强铜基复合材料拓展了铜及其合金的应用范围,适当的制备方法可以使其在保持优异导电导热性能的同时拥有更好的力学性能。石墨烯在铜基体中的存在形式主要以还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片或与金属氧化物/碳化物纳米颗粒连接,旨在增强两者之间的界面结合。因此,石墨烯在铜基体中的结构完整性及存在形式直接影响了其性能的优劣。本文综述了Cu/Gr复合材料的制备及模拟方法、复合材料的性能评价及力学性能与功能特性的相互影响规律。指明Cu/Gr复合材料的发展关键在于：(1)分散性与界面结合;(2)三维石墨烯结构的构建;(3)界面结合对力学性能与功能特性的影响及两者间的相互协调。     

石墨烯均匀分散问题研究进展

具有优良性能的石墨烯常被作为增强体加入基体材料中以改进其性能。研究发现,石墨烯增强复合材料的性质在很大程度上取决于石墨烯在基体中的均匀分散程度。而石墨烯增强体在基体中的均匀分散问题一直是研究的难点,这就限制了石墨烯增强复合材料性能的提升及其开发应用。总结了石墨烯在基体中均匀分散方法的研究进展,并展望了其研究方向及发展趋势。     

纳米氮化硼增强金属基复合材料的研究进展

在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。以氮化硼纳米片（boron nitride nanosheet,BNNS）和氮化硼纳米管（boron nitridenanotube,BNNT）为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等,是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。系统总结了纳米氮化硼的种类和特征,综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法,归纳了纳米氮化硼增强Cu、Al、Ti复合材料的研究成果,总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能,并揭示了复合材料性能改善的机理。最后,展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。     

Recent progress in the development and properties of novel metal matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes and graphene nanosheets

One-dimensional carbon nanotubes and two-dimensional graphene nanosheets with unique electrical, mechanical and thermal properties are attractive reinforcements for fabricating light weight, high strength and high performance metal-matrix composites. Rapid advances of nanotechnology in recent years enable the development of advanced metal matrix nanocomposites for structural engineering and functional device applications. This review focuses on the recent development in the synthesis, property characterization and application of aluminum, magnesium, and transition metal-based composites reinforced with carbon nanotubes and graphene nanosheets. These include processing strategies of carbonaceous nanomaterials and their composites, mechanical and tribological responses, corrosion, electrical and thermal properties as well as hydrogen storage and electrocatalytic behaviors. The effects of nanomaterial dispersion in the metal matrix and the formation of interfacial precipitates on these properties are also addressed. Particular attention is paid to the fundamentals and the structure–property relationships of such novel nanocomposites.     

Graphene-reinforced metal matrix nanocomposites – a review

The research works of graphene-reinforced metal matrix composites will be summarised in this paper. Comparatively, much less research works have been undertaken in this field. Graphene has been thought to be an ideal reinforcement material for composites due to its unique two-dimensional structure and outstanding physical and mechanical properties. It is expected to yield structural materials with high specific strength or functional materials with exciting thermal and electrical characteristics. This paper will introduce all kinds of graphene-reinforced metal matrix composites that have been studied. The microstructure and mechanical properties, processing techniques, graphene dispersion, strengthening mechanisms, interfacial reactions between graphene and the metal matrix and future research works in this field will be discussed.     

非连续增强金属基复合材料剧烈塑性变形行为研究进展

综述了非连续增强金属基复合材料剧烈塑性变形(SPD)行为的研究进展,系统阐述了等径弯曲通道变形(ECAP)、高压扭转(HPT)、多向锻造(MF)、累积叠轧(ARB)和循环挤压压缩(CEC)5种SPD的加工原理和方法。集中介绍了这些方法在铝基、镁基、铜基和钛基等金属基复合材料方面应用的研究进展。重点介绍了金属基复合材料SPD的微观组织演化和变形力学行为,详细阐明了金属基复合材料SPD机制以及超细晶形成机理,指出了金属基复合材料在SPD中存在的深层次问题及发展趋势,展望了利用SPD方法制备超细晶非连续增强金属基复合材料的应用前景。     

碳纳米管增强金属基复合材料电学性能研究进展

碳纳米管(CNTs)具有极高的力学性能、优异的导电和导热性能,被视为理想的复合材料增强相。CNTs增强复合材料已成为一个极为重要的研究领域。然而,由于CNTs与金属基体间相容性、增强体空间分布难以控制、CNTs本身载流量高而电导率相对较低等,CNTs增强金属基复合材料尚未展现出对金属基体电学性能的显著提升,或者无法有效兼顾电学性能和力学性能,整体研究仍处于起步阶段。鉴于此,从预处理、制备方法和电学机制分析等方面概述了CNTs增强金属基复合材料电学性能的研究现状,并展望了该领域的未来发展趋势。