石墨烯含量对铜基复合材料的导电、导热、耐腐蚀和力学性能的影响（英文）

采用电场压力激活辅助合成工艺(Field activated and pressure assisted synthesis process (FAPAS))制备铜基石墨烯复合材料,研究不同的石墨烯含量对铜基体材料的微观结构和性能的影响机理。结果表明,石墨烯的添加能提高材料的位错密度、阻止位错在晶界移动,硬度提升17.6%;由于石墨烯添加量少,对铜基复合材料的位错密度和晶粒尺寸影响有限,片状的石墨烯能有效地弥补制备产生的缺陷,使材料的热导率和电导率分别提升2.9%和4.4%;石墨烯的添加使腐蚀电池两极间的电位差减小,降低了铜离子在氧化膜中的扩散能力,使复合材料的阻抗提升5.3%,腐蚀电流密度下降28.2%,有效地提升了铜基复合材料的耐腐蚀性能。铜基石墨烯复合材料的石墨烯最佳添加量为0.5 wt.%。     

石墨烯含量对铜基石墨烯复合材料力学和电学性能的影响

为改进铜基复合材料的力学和电学性能,向铜基体分别加入0.2%、0.3%、0.4%(质量分数)的石墨烯,充分混合后,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了石墨烯/铜(G/Cu)复合材料。通过扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱和XRD等表征了复合材料微观结构,测试了其硬度、屈服强度、抗压强度和导电率等性能,以确定石墨烯在铜基体中的合适掺杂量。结果表明:随着石墨烯含量的降低,其力电性能显著提高。当石墨烯质量分数为0.2%时,G/Cu复合材料的综合性能(力学及电学性能)达到最好匹配,实现了铜基材料的高强度、高导电性:其抗压强度和屈服强度分别为557.23 MPa和256 MPa,相对于用SPS方法制备的纯铜分别提高了59.21%和70.7%;电导率为52.3 MS/m,其IACS高达91.8%。     

液相化学还原法制备片状铜粉的研究

在氨基乙酸和分散剂CTAB存在的情况下，以柠檬酸-水合肼溶液还原前驱体氧化亚铜制备片状结晶铜粉。本文着重考察了还原溶液pH值、CTAB／Cu、氨基乙酸／Cu以及反应温度对片状铜粉的影响。结果表明，分散剂CTAB的加入以及合适的pH值是形成片状铜粉的关键因素；当pH在6、5—9．0，所获得的铜粉中片状颗粒含量随pH升高而降低；获得高含量的片状铜粉的条件为：pH值为6．5，nCTAB/Ca=0．05，n氨基乙酸/Ca=0．1，反应温度控制在55℃～65℃时，所制得的铜粉为发育良好的结晶粉体，表面平整，呈三角、六边形薄片状，其最大投射面的长度为1．0—6．31μm、厚度为0．1～0．3μm。     

石墨烯负载铜增强铜基块体复合材料的制备及其性能

石墨烯具有独特的二维结构及性能已成为金属基复合材料制备过程中理想的增强相备选材料之一。而铜因具有良好的导热性、导电性和化学稳定性已被广泛应用到电子产品中,但其存在机械强度低、硬度低等缺点成为其应用亟需解决的瓶颈问题。目前,将石墨烯和铜基材料进行结合,虽然在一定程度上可以改善铜基材料的的综合性能。但由于石墨烯易产生团聚,石墨烯与铜之间的润湿性差,使其两者难以形成良好的界面结合,进而导致复合材料的性能变差。因此,为了解决上述问题,本文通过化学还原法在石墨烯上负载铜粒子对石墨烯进行改性处理,成功制备了石墨烯负载铜复合粉体(Cu-rGO),并将其作为增强相,与纳米铜粉混合,运用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了石墨烯负载铜增强铜基块体复合材料(Cu-rGO/Cu),研究Cu-rGO复合粉体含量对铜基体组织和性能的影响。研究发现,在50 mg氧化石墨烯(GO)和200 mg硫酸铜(CuSO4·5H2O)时,获得Cu-rGO复合粉体中还原氧化石墨烯较薄且分布均匀。同时结合TEM结构分析发现铜基体与增强相接触界面紧密,且增强相的引入可以有效地细化块体复合材料的晶粒。另外,随着增强相含量的递增,硬度呈...     

石墨烯/铜复合材料的制备及其性能与应用

石墨烯具有特殊的二维平面蜂窝状结构和优异的性能,是理想的金属复合材料的增强体。粉末冶金法作为制备石墨烯/铜复合材料的传统的方法,面临着石墨烯难以分散以及与金属基底结合差等困境,尽管该法可有效提高复合材料力学性能,但也降低了其导热导电性能。随着人们对石墨烯/铜的结构与界面问题的深入研究,一些新的粉体制备工艺如原位生长法制备出了优异性能铜基复合材料,这将有助于开发出优异性能的铜基电接触材料。从石墨烯/铜复合材料的制备工艺(化学气相沉积法、机械混合以及原位生长石墨烯等)、性能(机械性能、导热性能以及抗氧化和防腐蚀性能等)及其在电接触材料的应用和石墨烯/铜的未来发展趋势等方面进行阐述。     

石墨烯/铜复合材料的制备及其性能与应用

石墨烯具有特殊的二维平面蜂窝状结构和优异的性能,是理想的金属复合材料的增强体。粉末冶金法作为制备石墨烯/铜复合材料的传统的方法,面临着石墨烯难以分散以及与金属基底结合差等困境,尽管该法可有效提高复合材料力学性能,但也降低了其导热导电性能。随着人们对石墨烯/铜的结构与界面问题的深入研究,一些新的粉体制备工艺如原位生长法制备出了优异性能铜基复合材料,这将有助于开发出优异性能的铜基电接触材料。从石墨烯/铜复合材料的制备工艺(化学气相沉积法、机械混合以及原位生长石墨烯等)、性能(机械性能、导热性能以及抗氧化和防腐蚀性能等)及其在电接触材料的应用和石墨烯/铜的未来发展趋势等方面进行阐述。     

化学气相沉积法制备原位生长三维石墨烯/铜基复合材料

本研究通过脱合金化和化学气相沉积相结合的方法,以纳米多孔铜为基底,制备了三维石墨烯/铜基复合材料.该复合材料电导率在93.5％IACS的情况下,硬度和抗拉强度分别达到55.2 HV和330 MPa.相较于一般的铜基复合材料,原位合成制备的石墨烯不仅可在多孔铜基体内三维连续分布铺展生长,而且高质量生长并且均匀分散的薄层石...     

碳纳米管的表面改性及在铜基复合材料中的应用

对碳纳米管进行表面改性,能够显著提高碳纳米管的表面活性、分散稳定性及与基材的结合性,提高其在复合材料中的增强效果。以电化学制备石墨烯量子点(GQDs)作为分散剂和交联剂,对多壁碳纳米管表面(MWCNTs)进行非共价键改性得到MWCNTs/GQDs复合材料。并将改性后的MWCNTs/GQDs复合材料与商品化超细铜粉进行复合,得到具有良好导电性和抗氧化性的铜基复合材料(MWCNTs/GQDs/Cu)。结果表明,水溶液中,GQDs通过π-π键吸附在MWCNTs表面,使MWCNTs的稳定浓度高达1.0 g/L。3.0%(质量分数)的MWCNTs/GQDs复合材料与商品化超细铜粉复合后,其电导率提高5.67%IACS,抗氧化温度提高53.0℃。     

Cu/碳石墨机械密封复合材料的制备与性能

以石墨、高碳、铜粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,经机械混捏、冷压成型、加热固化制备Cu/碳石墨机械密封复合材料。研究了铜粉含量、成型压力对Cu/碳石墨复合材料微观组织、体积密度、肖氏硬度的影响。并利用HT-600高温摩擦磨损试验机测试了Cu/碳石墨复合材料的摩擦磨损性能,借助金相显微镜观察其磨损形貌。结果表明:随着铜粉含量的增加,成型压力的增大,复合材料的体积密度、肖氏硬度逐渐提高,摩擦系数逐渐减小。当铜粉含量为25%、成型压力为15MPa时,体积密度达到1.92g/cm3,肖氏硬度达到90.0HS,摩擦系数最小为0.17,材料的综合性能最佳。     

氧化石墨烯/铜基复合材料的微观结构及力学性能

采用球磨和真空热压烧结方法成功制备氧化石墨烯/铜复合材料。利用OM,SEM,XRD,显微硬度计和电子万能试验机等分析球磨后的复合粉形貌,研究氧化石墨烯添加量对复合微观结构及力学性能的影响。结果表明:制备的氧化石墨烯/铜基复合材料组织致密,氧化石墨烯以片状形态较均匀地分布在铜基体中,并与铜基体形成良好的结合界面。氧化石墨烯质量分数为0.5%时,复合材料的综合力学性能较好,显微硬度和室温压缩强度分别为63HV和276MPa,相对于纯铜基体分别提高了8.6%和28%。其强化机理为剪切应力转移强化、位错强化和细晶强化。     

纳米CuO/Cu负极材料的热氧化制备及其结构和电化学性能

采用纳米铜粉为原材料,通过直接在空气气氛中氧化的方法制备了含有微量Cu的纳米CuO/Cu复合材料作为锂离子电池负极材料。采用XRD、SEM、TEM等材料结构分析方法和恒电流充放电测试技术对在250～500℃不同氧化温度下获得产物的结构和电化学性能进行研究。研究结果表明,在250～500℃下氧化4小时,纳米Cu粉基本氧化为CuO,其含量在94wt.%以上,并保持初始Cu粉的纳米尺寸。经250～450℃氧化的产物中有微量的Cu(3～4wt.%)保留下来,而500℃氧化的样品中未发现有Cu。用该方法制备的纳米CuO/Cu作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环稳定性,其中,经450℃氧化的材料表现出最高的循环稳定性。经8个循环活化后,容量达到423mAh/g,经80次循环后,容量保持有377mAh/g,容量保持率接近90%。     

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的制备和热性能

三维网状石墨烯/环氧树脂热界面复合材料由于具有良好的热导性能和力学性能,而被广泛应用于微电子器件领域。但是通过化学剥离-还原法制备石墨烯,在填加石墨烯质量分数相同的条件下,石墨烯/环氧树脂热界面复合材料的热导率差别仍然很大。研究发现这主要是由于石墨烯表面官能团含量不同所导致的,因此很难建立统一的标准评估石墨烯作为导热填料的作用效果。为了避免表面官能团对石墨烯/环氧树脂复合物热导率的影响,本研究小组采用化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯作为导热填料,对环氧树脂进行修饰,制备了一系列石墨烯/环氧树脂材料。通过研究三维网状石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂材料热导率、力学性能及热导率在高温条件下稳定性的影响,有助于完善石墨烯修饰的环氧树脂热界面复合材料的研究,并建立石墨烯作为导热填料的评价体系。     

石墨烯含量对等离子烧结铝导体力学及导电性的影响

综合运用超声分散与机械搅拌使石墨烯在铝粉中均匀混合,通过放电等离子烧结(SPS)方法制备石墨烯铝导体,并对其组织,力学及导电性展开实验测试。研究结果表明:铝基体内存在许多形态均匀的石墨烯片,并未出现团聚。改性后石墨烯大部分都分布于界面处,能够显著抑制铝导体的变形。添加石墨烯后等离子烧结制得的铝导体获得了更高的相对密度和硬度。将石墨烯添加到铝基体中后,力学强度获得了明显提高。铝基体组织中存在大量的片状石墨烯,当试样发生断裂后也继续保持原有片状形态。添加较低石墨烯试样电导率发生明显提升,在加入1%时达到了最高电导率。当加入0.5%石墨烯时,材料的导热性发生了大幅提升,随着石墨烯的含量超过1%石墨烯铝导体热导率变小现象。     

双元活性金属Ni/Al/石墨烯储氢复合材料的研究

通过还原氧化石墨烯法制得了片状石墨烯,并以片状石墨烯为载体,采用原位生成和自组装法结合高温还原工艺负载得到双元活性金属Ni/Al/石墨烯复合材料,分别表征了石墨烯的分子结构、微观形貌和比表面积,并系统研究了Ni/Al/石墨烯复合材料的物相组成、微观结构和储氢性能。结果表明,片状石墨烯具有石墨烯的典型特征,并可以清晰地观察到透明的片层石墨烯,其Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积达到600m2/g以上。Ni/Al/石墨烯复合材料主要包含Ni、Al和C三相,其中石墨烯对Ni和Al颗粒形成了有效负载,使得Ni/Al/石墨烯复合材料具有较好的储氢性能和吸放氢稳定性,473K时,其最大储氢容量接近5.7%(质量分数)。该材料的释氢效率高达96%~97%(质量分数),且释氢温度低至380K,表现出良好的应用前景。     

GNP-Ni/Cu复合材料的界面调控和强化机理

采用粉末冶金法,通过“湿法混合”、放电等离子烧结和热挤压相结合的三步工艺分别制备了石墨烯纳米片(GNP)增强铜基复合材料(GNP-Cu)和GNP-Ni增强铜基复合材料(GNP-Ni/Cu)。通过物相组成和显微组织表征,并结合致密度、电导率和力学性能测试,结果表明：GNP和Ni的含量(质量分数)分别为0.2%和1.5%的GNP-Ni/Cu复合材料,其显微硬度和屈服强度比纯Cu分别提高了38%和50%、比0.2GNP/Cu复合材料分别提高了14.0%和11.6%。这些结果表明,Ni的添加改善了GNP与Cu的界面结合,使GNP-Ni/Cu复合材料的力学性能显著提高。GNP的载荷传递强化和热失配强化以及Ni的固溶强化,是材料力学性能提高的主要原因。     

复合相变储冷材料的制备及性能研究

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,多层石墨烯、TiO₂/石墨烯(m(TiO₂):m(石墨烯)=25∶75)和TiO₂颗粒作为导热添加剂,加入到二元复合有机储冷材料中(m(壬酸):m(葵醇)=60:40),制备了复合相变储冷材料。通过吸光度、DSC和热导率测试等手段,对复合相变储冷材料的稳定性、相变温度、相变潜热及热导率进行了评价分析。结果表明,分散剂和导热添加剂的加入,对储冷材料的相变温度和相变潜热影响不大,但对热导率影响较大。当分散剂SDBS浓度为0.2 g/L,导热添加剂(分别为TiO₂/石墨烯和TiO₂颗粒)浓度为0.5 g/L时,复合相变储冷材料具有较好的稳定性,其热导率分别为为0.2211和0.2096 W/(m·K),相比没有加入任何导热添加剂的储冷材料的热导率(0.1738 W/(m·K)),分别提高了27.22%和20.61%;当分散剂SDBS浓度为0.3 g/L,导热添加剂多层石墨烯浓度为0.3 g/L时,复合相变储冷材料处于稳定状态,其热导率为0.2...     

石墨烯增强铜基复合材料的界面调控及其性能研究进展

铜基复合材料有望全面提升铜及铜合金的力学性能和导电、导热等功能特性。石墨烯具有优异的力学和物理性能,是铜基复合材料的理想增强相。石墨烯/铜界面的性质决定了复合材料性能,进行界面调控以提高石墨烯/铜的界面结合性已成为研究人员关注的热点问题。总结了近几年开发的石墨烯缺陷设计法、碳-碳杂化增强相法、金属和陶瓷纳米颗粒修饰石墨烯法以及原位生长石墨烯和石墨烯复合增强相法等多种界面调控策略,讨论了多种界面调控策略对石墨烯增强铜基复合材料的力学、导电、导热性能的作用机理,展望了应用界面调控策略研发的高性能复合材料的应用前景和未来研发的发展方向。     

氧化石墨烯及其导热纳米流体的制备与性能

以石墨为原料,经XRD、TEM及IR表征证明采用强氧化法在实验室成功合成了氧化石墨烯。经亲水性实验表明该氧化石墨烯产品为亲水性材料,其接触角为31.6°;SEM表征表明该氧化石墨烯产品在乙二醇中的分散性好。在没有分散剂的情况下合成了氧化石墨烯/乙二醇导热纳米流体,并确定出氧化石墨烯在常温下分散在乙二醇中的最佳质量分数为0.1%,其稳定时间可达15d以上。在25℃时测得分别以蒸馏水、乙二醇和丙二醇为基液的质量分数为0.1%的氧化石墨烯纳米流体的热导率分别增加27.2%,54.2%和55.6%。     

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。     

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。