Изготовление в

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 19363 (2016) Цитировать эту статью

8795 Доступов

116 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Композиты графен/Cu были изготовлены с использованием метода выращивания графена на месте, который включал измельчение порошков меди в шаровой мельнице с ПММА в качестве твердого источника углерода, выращивание графена на месте на чешуйчатых порошках меди и спекание в вакуумном горячем прессе. Результаты характеризации SEM и TEM показали, что графен, выращенный in-situ на порошках Cu, гарантирует гомогенную дисперсию и хорошее сочетание графена и Cu-матрицы, а также неповрежденную структуру графена, что способствует его упрочняющему эффекту. Предел текучести 244 МПа и предел прочности 274 МПа были достигнуты в композите с 0,95 мас.% графена, что на 177% и 27,4% выше по сравнению с чистой медью отдельно. Усилению эффекта выращенного in-situ графена в матрице способствовали перенос нагрузки и дислокационное упрочнение.

Уникальная структура, содержащая несколько слоев sp2-гибридизированных атомов углерода1 в гексагональной решетке, наделяет графен превосходными механическими и функциональными свойствами, такими как несравненная механическая прочность и модуль Юнга, чрезвычайно высокая теплопроводность и подвижность носителей заряда2,3,4,5. Таким образом, композиты с металлической матрицей (ММК), усиленные графеном, привлекли большое внимание в течение последних нескольких лет, поскольку они имеют большой потенциал для получения высоких характеристик, отвечающих требованиям высокой прочности, хорошей ударной вязкости и легкого веса6,7,8,9. ,10,11. Однако висячие атомы на краях графена делают графен нестабильным и с высокой вероятностью агломерируют или даже перегруппировывают его с образованием тонких углеродных листов или графита под действием силы Ван-дер-Ваальса и π-π-реакции12, что приводит к большим трудностям при изготовлении ММК.

До сих пор графен, используемый для изготовления MMC, добавлялся ex-situ к металлической матрице. Большинство исследований было сосредоточено на сочетании металлических порошков с восстановленным оксидом графита (RGO) и нанопластинками графена (GNP) посредством химической или механической интеграции для получения желаемой дисперсии графена внутри металлической матрицы. В методе химической интеграции использовалась электростатическая адсорбция между гидролизованными ионами Al и отрицательно заряженным оксидом графита (GO) для достижения желаемой дисперсии GO на порошках Al13. Jaewon Hwang и др.14 синтезировали композитные порошки RGO/Cu путем смешивания GO с раствором Cu(CH3COO)2 и дальнейшего восстановления. Однако неполное восстановление ГО и воссоединение RGO в процессе восстановления могут повлиять на усиливающий эффект графена. С другой стороны, механическая интеграция посредством механического измельчения металлических порошков и графена широко используется для достижения однородной дисперсии графена внутри металлической матрицы. Например, Ли и др.15 добавили RGO в порошки Al и реализовали комбинацию RGO и порошков Al посредством криомерования. Высокая дисперсия графена в металлической матрице достигается путем измельчения НЧЗ с металлическими порошками, в ходе которого НЧЧ отделяется и диспергируется внутри матрицы16,17. Шаровое измельчение является простым и практичным методом, но оно неизбежно приводит к появлению множества дефектов в графене, что также вредно для его упрочняющего эффекта5,6,7,14. Таким образом, хотя многочисленные работы продемонстрировали, что ММК могут быть усилены добавлением графена, недостатки традиционных методов с использованием RGO или GNP в качестве армирования, непосредственно добавляемого в металлическую матрицу, ограничивают прогресс исследований17,18,19. Следовательно, в будущих работах в этой области большое значение имеет изготовление ММК, армированных графеном, выращенным in-situ.

Композиты с медной матрицей имеют широкий спектр применения в различных областях, таких как автомобили, микроэлектроника и т. д.20. Традиционное армирование, используемое для изготовления композитов с матрицей Cu, таких как оксиды и наночастицы карбидов, действительно приводит к значительному улучшению механических свойств Cu21. Тем не менее, плохая электро- и теплопроводность этих усилений делает их непригодными для применения в электронике. Таким образом, графен с неизмененной структурой в качестве армирующего материала для композита Cu имеет большой потенциал для изготовления желательного композита с матрицей Cu. Недавно Ван и др.22 реализовали равномерное покрытие ПММА на поверхности металлических порошков с помощью поливинилового спирта (ПВС) в качестве связующего и дополнительно получили графен, выращенный in-situ внутри металлической матрицы. Кроме того, монослойный графен, выращенный in-situ на медной матрице, был получен путем катализа ПММА, нанесенного на медную фольгу4. Таким образом, графен, выращенный in-situ в медной матрице, обеспечивает хороший подход для преодоления узких мест, возникающих в результате химической и механической интеграции, и достижения хорошей дисперсии графена в медной матрице.