石墨烯被認(rèn)為是一種可以提高鋁強(qiáng)度和導(dǎo)電性的有效填料，但鋁與石墨烯在高溫下的反應(yīng)是不可避免的。在本研究中，通過(guò)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度，在鋁和石墨烯之間生成了不同的界面產(chǎn)物，并研究了它們對(duì)石墨烯/鋁復(fù)合材料力學(xué)和電學(xué)特性的影響。石墨烯上的銅包覆被用于隔離石墨烯與鋁的直接接觸以及導(dǎo)電。銅包覆石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的合成涉及幾個(gè)步驟，包括電化學(xué)剝離、化學(xué)沉積、機(jī)械球磨和高壓燒結(jié)。結(jié)果表明，銅納米顆粒與鋁之間形成的固溶體促進(jìn)了與石墨烯之間的強(qiáng)界面結(jié)合，導(dǎo)致復(fù)合材料的電導(dǎo)率與原始鋁基體相比提高了22.76 %。此外，通過(guò)減少碳化鋁的形成，石墨烯的加入使復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度達(dá)到404 MPa，比鋁基體顯著提高了88.8 %。
圖1. (a)原石墨箔的FE-SEM圖像；(b)剝離石墨烯的TEM圖像；(c)鍍銅石墨烯的FE - SEM圖像；(d)原鋁粉的FE-SEM圖像; (e)復(fù)合粉的掃描電鏡圖像；(f) 原石墨箔、剝離石墨烯、銅涂層石墨烯和復(fù)合粉末的拉曼光譜。
圖2. 不同燒結(jié)溫度下銅涂層石墨烯增強(qiáng)鋁復(fù)合材料的應(yīng)變-應(yīng)力曲線(a)和電導(dǎo)率(b)。
圖3. 不同燒結(jié)溫度下的純鋁和復(fù)合材料的斷裂形貌：( a )純鋁;( b )570?C下燒結(jié)的復(fù)合材料；( c )600?C下燒結(jié)的復(fù)合材料；( d )630?C下燒結(jié)的復(fù)合材料。
圖4. 不同溫度燒結(jié)下復(fù)合材料的XRD光譜(a)和Raman (b)光譜。
圖5. 在570?C溫度下燒結(jié)的復(fù)合材料(a)TEM圖像和(b) HAADF-STEM圖像；(c)圖(b)中標(biāo)記方框區(qū)域的HR TEM圖像；(d-f)圖a區(qū)域的EDS映射圖像。
圖6. 在600?C溫度下燒結(jié)的復(fù)合材料(a)TEM圖像和(b) HAADF-STEM圖像；(c)圖b中紅色箭頭區(qū)域的HRTEM圖像；(d,e,f)圖a區(qū)域的EDS映射分析。
圖7. 630℃溫度下燒結(jié)的復(fù)合材料的TEM圖像。
圖8. 石墨烯和銅涂層石墨烯的紫外光電子能譜表征。
圖9. 基于第一性原理計(jì)算的Al ( 111 ) /雙層石墨烯/ Al ( 111 )和Cu ( 111 ) /雙層石墨烯/ Cu ( 111 )兩種模型體系中相鄰原子對(duì)雙層石墨烯(含有兩個(gè)碳原子)中原胞的電子摻雜濃度模型。雙層石墨烯以AB堆積構(gòu)型排列，其中白色和灰色球分別代表Al ( 111 ) /石墨烯雙層/ Al ( 111 )模型體系中的鋁( Al )和碳( C )原子。黃色和灰色球分別代表Cu ( 111 ) /石墨烯雙層/ Cu ( 111 )模型體系中的銅( Cu )和碳( C )原子。
相關(guān)研究成果由西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院Youming Luo等人于2024年發(fā)表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.104164 )上。原文：The influence of interface products on the mechanical and electrical properties of graphene aluminum composites
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
