石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究

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石墨烯基复合材料的制备与电化学性能研究

石墨烯基复合材料的制备与电化学性能研究

石墨烯基复合材料的制备与电化学性能研究石墨烯作为一种新型的碳材料,具有极强的导电性和热导性,并且具有极高的表面积和化学稳定性,因而在材料科学领域引起了广泛的关注。

石墨烯基复合材料的制备与研究也成为当前研究的热点之一。

石墨烯基复合材料的制备涉及到石墨烯的制备和复合材料的制备两个方面。

首先,石墨烯的制备方法有多种,如机械剥离法、化学气相沉积法和还原氧化石墨烯法等。

其中,机械剥离法是一种简单有效的方法,通过对石墨材料进行机械刮削或剥离,可以得到单层或多层的石墨烯材料。

化学气相沉积法则是一种通过在金属衬底上化学气相沉积石墨烯薄膜的方法,可以实现大面积、连续和高质量的石墨烯制备。

还原氧化石墨烯法则是一种利用还原剂将氧化石墨烯还原为石墨烯的方法,可以通过简单的化学反应实现石墨烯的制备。

在石墨烯的基础上,可以通过将其他材料与石墨烯进行复合,得到石墨烯基复合材料。

这些材料可以选择性地选择与石墨烯相融合的材料,将石墨烯与金属、聚合物或其他纳米材料等进行复合,以获得不同性能和应用的材料。

例如,将石墨烯与金属纳米粒子复合,可以得到具有优良导电性和光学性能的材料;将石墨烯与聚合物进行复合,则可以得到柔性、耐热和耐腐蚀的高性能聚合物复合材料。

石墨烯基复合材料的制备需要选择合适的方法和条件,同时也需要对复合材料进行结构和性能的表征。

对于石墨烯基复合材料的电化学性能研究是其中的一个重要方面。

电化学性能研究可以通过电化学测试手段来评估材料的电化学性能,如循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法等。

通过这些电化学测试手段,可以得到石墨烯基复合材料的电化学响应曲线和电化学参数,如比电容、电化学活性表面积和电化学反应速率等。

这些参数可以评估材料的能量存储和转换性能,为其在电池、超级电容器和催化剂等领域的应用提供依据。

例如,石墨烯基复合材料在超级电容器上的应用已经取得了显著的进展,其高比电容和优异的循环稳定性使其成为理想的超级电容器电极材料。

石墨烯增强金属材料的制备及性能研究

石墨烯增强金属材料的制备及性能研究

石墨烯增强金属材料的制备及性能研究随着科技的不断进步,越来越多的材料被发现并被广泛应用于各个领域。

其中,石墨烯便是近年来备受瞩目的一种新型材料。

石墨烯单层厚度仅为0.335纳米,为石墨的一层分子结构,由于其高度的稳定性、导电性、导热性、力学性能等优秀的特性,被广泛应用于半导体器件、智能柔性电子、高效触摸屏、薄膜液晶显示器、生物传感器、电池、超级电容器等领域。

然而,石墨烯并非完美的,它的价值提升并不在于其性质本身,而更在于其能够用于改进其他材料的性能。

因此,石墨烯增强材料的研究备受关注,尤其是石墨烯与金属材料的复合性能研究。

近年来,许多研究者采用不同的方法来制备石墨烯增强金属材料。

其中,最常见的方法是机械合成法。

机械合成的前期是石墨和金属微粉的混合,在高能球磨机中采用高频振动为石墨烯增强金属粉末进行球磨,达到将石墨烯分散在金属微粉表面的目的。

这种方法不仅操作简单,成本低,而且对于不同种类的金属材料效果都比较好。

近年来,也有研究采用其他的方法,如激光熔化法、等离子体增强法等,并取得了较好的研究成果。

在石墨烯增强金属材料研究方面,研究者们更关心的是它所带来的性能提升。

石墨烯在增强金属材料中,起到了均匀强化、提高力学性能、增强导热性、增加电磁波屏蔽等作用。

例如,石墨烯增强镁合金,可以有效提高镁合金的力学性能,其中抗疲劳、抗氧化、高温稳定性等性能的提升最为明显。

通过增强石墨烯与铝的复合材料,可以增强它的硬度、耐磨性、弹性属性等。

而在石墨烯增强的锌、铜和镍合金中,可以使其在较小应变下保持较高的力学强度。

此外,石墨烯还可以提高增强材料的导热、导电等性能。

例如,在采用石墨烯增强的铜基复合材料中,石墨烯的加入提高了复合材料的导电性、导热性,这是其在高速移动部件制造中的优势之一。

同时,在电子领域中,石墨烯具有优异的电子输运性能,被广泛应用于电池、超级电容器和电磁屏蔽等领域。

总之,石墨烯在金属材料中的应用,是当前材料研究领域中的热门话题之一。

《石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺及其性能研究》范文

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《石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺及其性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展,复合材料以其卓越的物理、化学性能和良好的应用前景,正逐渐成为材料科学领域的研究热点。

石墨烯增强铜基复合材料,作为其中一种典型的代表,具有高导电性、高强度、高韧性等特性,被广泛应用于航空航天、电子信息、生物医疗等领域。

本文将详细介绍石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺及其性能研究。

二、制备工艺1. 材料选择与准备在制备石墨烯增强铜基复合材料时,首先需要选择合适的石墨烯和铜基材料。

石墨烯应选用高质量、低缺陷的粉末或片状物;铜基材料则需选择具有良好延展性和导电性的纯铜粉末。

2. 混合与制备将选定的石墨烯与铜粉末按一定比例混合,利用球磨机进行均匀混合。

混合后,将混合物放入模具中,通过热压法或真空热压法进行高温压制。

压制过程中,应保持适当的压力和温度,使铜基体充分浸润石墨烯。

压制完成后,对材料进行退火处理,以消除内部应力。

3. 后期处理退火后,对材料进行切割、打磨等后期处理,得到所需的形状和尺寸。

此外,为了进一步提高材料的性能,还可以对材料进行表面处理,如镀层等。

三、性能研究1. 力学性能通过拉伸试验、硬度试验等手段,研究石墨烯增强铜基复合材料的力学性能。

实验结果表明,添加适量的石墨烯能有效提高材料的抗拉强度和韧性。

2. 电学性能利用电阻率测试仪等设备,研究材料的电学性能。

实验结果表明,石墨烯的加入能显著提高材料的导电性能。

此外,材料的导电性能随石墨烯含量的增加而提高。

3. 耐磨性能通过摩擦磨损试验等手段,研究材料的耐磨性能。

实验结果表明,石墨烯增强铜基复合材料具有优异的耐磨性能,能有效抵抗磨损和摩擦。

四、应用前景石墨烯增强铜基复合材料具有高导电性、高强度、高韧性等优点,被广泛应用于航空航天、电子信息、生物医疗等领域。

未来随着科技的不断进步和石墨烯技术的不断发展,其应用领域将进一步拓展。

例如,可应用于新能源电池的制造、高性能电子产品的制造以及生物医疗领域的医疗器械制造等。

石墨烯基复合材料的制备及其力学性能研究

石墨烯基复合材料的制备及其力学性能研究

石墨烯基复合材料的制备及其力学性能研究石墨烯作为一种新兴的二维材料,因其优异的力学性能和独特的物理化学性质而备受研究者的关注。

石墨烯基复合材料的制备和性能研究是一个热门的研究领域。

本文将介绍石墨烯基复合材料的制备方法及其力学性能研究的相关进展。

1. 制备方法石墨烯基复合材料的制备方法多种多样,下面将介绍几种常用的制备方法。

1.1 石墨烯的氧化还原法石墨烯的氧化还原法制备工艺相对简单,但是会引入一定数量的氧原子和缺陷。

该方法一般是通过将石墨烯氧化成氧化石墨烯,然后再通过还原反应将其还原成石墨烯。

1.2 石墨烯的机械剥离法石墨烯的机械剥离法是通过机械手段将石墨烯层层剥离,从而得到单层或少层石墨烯。

这种方法制备的石墨烯具有高度结晶性和较低的缺陷密度。

1.3 石墨烯的化学气相沉积法石墨烯的化学气相沉积法是将碳源气体通过热解反应在基底上沉积,从而得到石墨烯。

这种方法具有制备速度快、制备规模大等优点。

2. 力学性能研究石墨烯基复合材料的力学性能研究是评价其应用前景的重要指标之一。

2.1 强度和刚度石墨烯具有出色的力学性能,因此制备的石墨烯基复合材料往往具有较高的强度和刚度。

研究者通过拉伸测试、压缩测试等实验方法来评估其力学性能,并与其他材料进行比较。

2.2 韧性和断裂韧度尽管石墨烯具有优异的强度和刚度,但其低韧性限制了其在实际应用中的广泛应用。

研究者通过断裂韧度测试等方法来评估石墨烯基复合材料的韧性,并寻找提高韧性的方法。

2.3 疲劳性能石墨烯基复合材料的疲劳性能是指其在长时间作用力下的力学性能表现。

研究者通过疲劳试验来评估其耐久性和疲劳寿命。

3. 应用前景石墨烯基复合材料具有广泛的应用前景。

例如,在航空航天领域,石墨烯基复合材料可用于制备轻质高强度的结构材料;在电子领域,石墨烯基复合材料可用于制备高性能的导电材料等。

总结:通过石墨烯的制备方法以及力学性能研究,我们可以看出石墨烯基复合材料具有巨大的潜力。

然而,目前仍存在一些挑战,如制备大尺寸石墨烯、提高石墨烯基复合材料的韧性等。

石墨烯基复合材料的制备与性能研究

石墨烯基复合材料的制备与性能研究

石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体,具有极高的强度、导电性和导热性。

在过去的几年里,石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。

为了进一步发展石墨烯的应用,研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合,形成石墨烯基复合材料。

这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。

本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。

一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。

该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源,使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。

石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行,如铜、镍等。

CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。

2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。

通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物,然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力,将石墨从衬底上剥离,最终得到石墨烯。

这种方法能够制备出大面积的石墨烯,并且使用简便、成本较低。

3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。

首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯,然后通过还原处理,还原为石墨烯。

该方法可以在实验室条件下进行,操作简单方便。

然而,由于氧化石墨烯的导电性较差,所得石墨烯的质量较低。

二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能,其强度和刚度超过大多数材料。

石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。

研究表明,合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。

2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能,可以用作电极材料、导电填料等。

石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色,可以用于制备柔性电子器件、传感器等。

3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K),石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。

石墨烯能够显著提高基体材料的热导率,因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。

原位合成铜@石墨烯复合材料的研究进展

原位合成铜@石墨烯复合材料的研究进展

原位合成铜@石墨烯复合材料的研究进展王亚革;于镇洋【摘要】具有二维结构的石墨烯同时兼具优良的力学性能和独特的电学特性,成为改善铜基复合材料的新型增强体;然而,如何实现石墨烯均匀分散并获得与铜基体良好的界面结合是提高铜基复合材料综合性能的关键.研究发现,采用原位合成工艺可实现石墨烯与铜基体以范德华力紧密结合,避免石墨烯团聚或分散不均带来的缺陷.这种有效的结合方式不仅提供了新的界面电子传输通道,而且可以有效提高复合材料的机械性能.本文主要探讨了新型石墨烯增强铜基复合材料的研究现状,综合对比了多种原位合成制备方法及材料性能,并就目前原位合成工艺存在的优缺点进行了比较和提出前瞻性建议,为实现Cu@石墨烯复合材料在各领域中的应用提供新的思路.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2018(000)020【总页数】4页(P184-187)【关键词】石墨烯;原位合成;铜基复合材料【作者】王亚革;于镇洋【作者单位】天津工业大学机械工程学院,天津西青 300387;天津工业大学机械工程学院,天津西青 300387【正文语种】中文【中图分类】TB331随着现代科技水平的不断发展,对高强、高导材料的综合性能提出了更高的要求,铜合金材料因为有着良好的导电、导热性成为目前研究热点[1-4]。

纯铜的综合机械性能较差限制了其实际应用,而传统的金属基复合材料很难同时满足电学和机械性能的要求,其中传统的增强体如:氧化铝、碳化硅、氮化物、硼化物等虽然显著提高了复合材料的强度,但其无机材料性质很难同时维持或进一步提升铜基体复合材料的高导、高韧性能。

因此如何在不损失纯铜良好导电性、导热性的基础上提高其强度和硬度成为重点的研究方向。

研究发现,采用兼具优良机械性能与电学性能的增强体材料对铜的综合性能提升具有促进作用[5-8]。

而新兴的纳米增强体如:一维碳纳米管/纤维、二维石墨烯等因为具有独特的导电性和较好的综合机械性能等特点,已尝试应用于增强铜基复合材料领域。

石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备与性能研究

石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备与性能研究

石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备与性能研究石墨烯作为一种二维晶体材料,具有优异的力学性能、导电性能和热传导性能,在复合材料领域中具有广泛的应用前景。

石墨烯增强陶瓷基复合材料由于其独特的性能组合,被广泛研究和应用于高性能材料制备。

一、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法多种多样,例如机械剥离、化学气相沉积、化学剥离等。

在石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备中,一般采用机械剥离的方法来获得高质量的石墨烯。

机械剥离通过在石墨表面施加剪切力,将石墨逐渐剥离成单层的石墨烯。

然后,通过化学处理和物理分离的方法获得纯净的石墨烯材料。

这种制备方法简单、成本低,并且可以大规模生产石墨烯。

二、石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备石墨烯增强陶瓷基复合材料的制备主要包括石墨烯的分散和烧结过程。

首先,将得到的石墨烯进行分散处理,以获得均匀分散的石墨烯分散液。

常用的分散剂有聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇等。

然后,将陶瓷基体与石墨烯分散液混合均匀,形成石墨烯/陶瓷基复合材料的预制坯体。

最后,通过热压烧结或热等静压等方法对预制坯体进行高温处理,使其烧结成致密的石墨烯增强陶瓷基复合材料。

三、石墨烯增强陶瓷基复合材料的性能研究石墨烯的加入可以显著提升陶瓷基复合材料的力学性能和热传导性能。

石墨烯具有超高的强度和刚度,可以有效增强陶瓷基体的强度和硬度。

同时,石墨烯的高导热性能可以提高陶瓷基复合材料的导热性能,使其能够更好地在高温环境下工作。

此外,石墨烯的高导电性能也使得复合材料具有优异的导电性能,可以应用于电子器件等领域。

四、石墨烯增强陶瓷基复合材料的应用前景石墨烯增强陶瓷基复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广阔的应用前景。

例如,在航空航天领域,石墨烯增强陶瓷基复合材料可以用于制造航空发动机叶轮和航天器的结构件,以提高其耐高温、高压和高速工作的能力。

在汽车制造领域,石墨烯增强陶瓷基复合材料可以用于制造汽车零部件,提高汽车的耐磨性和耐用性。

在电子设备领域,石墨烯增强陶瓷基复合材料可以用于制造高性能的电子封装材料,提高电子器件的工作效率和可靠性。

石墨烯复合材料的制备及性能研究

石墨烯复合材料的制备及性能研究

石墨烯复合材料的制备及性能研究石墨烯作为一种最薄的二维材料,具有出色的导电性、热导性和力学性能,近年来备受关注。

然而,石墨烯单层结构的应用受到制备工艺的限制,其在实际应用中的性能发挥受到限制。

为了克服这一问题,研究人员通过将石墨烯与其他材料进行复合,改善了其性能和应用范围。

石墨烯复合材料的制备方法多种多样,其中一种常见的方法是通过机械混合和化学修饰实现。

机械混合法将石墨烯和其他材料粉末进行混合,并在高温下进行烧结。

化学修饰法则是通过将石墨烯表面进行功能化修饰,使其与其他材料有更好的结合能力。

石墨烯复合材料的性能研究集中在导电性、力学性能和化学稳定性等方面。

石墨烯的导电性极佳,具有很高的载流子迁移率,可以用于制备导电材料。

石墨烯复合材料的导电性通常优于纯石墨烯,这得益于其他材料的加入,能够提高载流子的传输效率。

例如,将石墨烯与金属氧化物复合,可以显著提高复合材料的导电性能。

在力学性能方面,石墨烯复合材料具有优异的强度和韧性。

石墨烯单层结构的强度非常高,但由于其脆性,应用受到限制。

然而,通过与其他材料的复合,可以增加石墨烯复合材料的韧性,提高其抗拉强度和断裂延伸率。

例如,将石墨烯与聚合物复合,可以制备出强韧的复合材料,具有优异的拉伸性能。

此外,石墨烯复合材料的化学稳定性也是重要的研究内容之一。

石墨烯在常规环境下较为稳定,但在一些特殊条件下容易发生氧化或者化学反应,导致性能下降。

因此,石墨烯复合材料的化学稳定性研究成为了关注的焦点。

通过将石墨烯与合适的包覆材料进行复合,可以有效提高复合材料的化学稳定性。

石墨烯复合材料在实际应用中有着广阔的前景。

例如,石墨烯复合材料在电子器件领域有着重要的应用。

石墨烯的高导电性和热导性使得其成为制备高性能电子器件的理想材料。

通过将石墨烯与半导体材料或金属材料复合,可以制备出具有优异性能的纳米电子器件。

此外,石墨烯复合材料还可以应用于能源储存和传输领域。

石墨烯作为电极材料可以改善电化学电容器和锂离子电池的性能。

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the reduction of density and conductivity of the material respectively arrive at 12% and 45%.
Key words:graphene/Cu;powder metallurg y ;mierostr u cture;hardness;density;electrical conductivity
关键词 :石墨烯 /铜 ;粉末冶金 ;组织 ;硬度 ;密度 ;电导率
中图 分 类 号 :TB331
文 献 标 识 码 :A
Graphene reinforced Cu-base com posites:preparation and properties’
ZHANG Yu,SONG M ei—hui,LI Yan—chun,ZH ANG Xiao—chen
摘 要 :利用粉末冶金工艺制备石 墨烯增 强铜 基(石 墨烯 /Cu)复合材料 ,并研究石 墨烯 含量对其组织结
构及性能的影响。结果表明 :当压力一定时 ,随着石墨烯含量的增加 ,复合材料密度 、电导率均 下降 ,硬度先增
大后减小。当石 墨烯质量分数达到 3%时 ,材料 的密度和电导率 降幅分别达 12%和 45%。
化 学 工 程 师 Chemical Engineer
2016年 第 O2期
DOI:10.16247 ̄.cnki.23—117l/tq.20160262

程 师
石墨烯增 强铜基 复合材料
!园:
:地
的制备及 性 能研 究
张 煜 ,宋 美慧 ,李 岩 ,李艳春 ,张晓 臣
(黑龙江省科学院 高技 术研 究院,黑龙江 哈尔滨 1 50028)
泛应 用 。本 文 利用 粉末 冶 金技 术 ,以石 墨烯 为增 强 体 ,研 究其 添加 量对 材料组 织性 能 的影 响 。
1 实 验 材 料 及 方 法
以 200目铜 粉 和单 层石 墨 烯 粉末 为 原 料 ,按 石 墨烯 质 量分 数 为 0.5%、1%、2%和 3%分 别 与铜 粉进 行混合 ,混粉工艺为 :行星式球磨机 N:气氛下球磨 4h,磨 球 材 质 为 不 锈 钢 ,球 料 比 10 :1,转 速 200r· min~。之 后 ,利 用压 力 试验 机 压 片 ,压 力 为 500MPa 保压 2min。真空 条件 下利用 真 空管式 炉 900oC×2h 烧结 后 ,将 所制 备试 样利 用 SOPTOP AE124J密度 测 量 仪 、华 银 HBRV ̄187.5布 洛 维 硬 度 计 、霍 斯 特 SIGMATEST 2.069电导 率 测 量 仪 分 别 测 量 试 样 密 度 、硬度 和 电导率 。
2 结果与讨论
收 稿 日期 :2015—11一l6 基金项 目:哈尔滨市科技攻关项 目(No.2013AA4AG003) 作者简 介 :张 煜(1988一),男 ,汉族 ,黑龙江齐齐 哈尔人 ,硕士 ,研究
实 习员 ,研究方 向:功能复合材料
2.1 复合 材 料 显 微 组 织分 析
图 1是 复合材 料 的金相 照片 。 由图 1可 知 ,经 过球 磨后 的粉末 混 合 均 匀 ,石 墨烯均匀分布在铜基体 中。对比(a)、(h)、(C)、(d)可
(1stitute of Advanced Technology,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150028,China) Abstract:In this work,graphene/Cu com posites were prepared by means of powder metallurgy.The effect of graphene content on the structure and properties of graphene/Cu composites was studied.The results reveal that
石 墨 烯 具有 超 大 的 比表面 积 (2630m ·g ),是 目前 已知强 度最 高 的材料 (达 130GPa),其 载流 子迁 移 率 达 15000cm ·(V·S)~,热 导 率 高达 5150W ·(m· K)~,是室 温下 纯 金 刚石 的 3倍 】。如 果 能 够将 石 墨烯 的优 异 性 能应 用 于 cu基 体 中 ,将 有 望 弥补 Cu 基 电触头 材料 的不 足 ,从 而实 触 头 材 料 ),是 开 关 电器 、 仪 器 、仪 表 的重 要元 件 ,它 被 广 泛 应 用 于 各类 继 电 器 、断路 器 和 开 关装 置 中 ,承 担 着 接 通 和 断 开 电 流 的作用 ,其 性 能优 劣将 直 接 影 响仪 器 和设备 运 转 的 稳定性和使用寿△【”。传统的电接触材料主要是银 、 铜及其合金 。但是 ,由于 Ag基触头存在价格 昂贵、 易 硫化 等 问题 ,因此 ,研 究 者们 一直 试 图用 价格 相 对 低廉 且导 电性 能优 异 的 cu基 触 头取 而代 之 。但 是 ,表 面易 氧 化 、导 电性 与 强 度 难 以兼 顾 又 制 约 着 Cu基触 头 的应用 【4】。因此 ,能否 解 决上 述 问题 成 为 Cu基 触 头能否 广泛 应用 的关键 。
when the pressure remains constant, density and electrical conductivity both decrease with the increase of
graphene content.while hardness decrease after increasing f irst.W hen the mass fraction of graphene reaches 3% .
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