石墨烯增强镁基复合材料
石墨烯增强镁基复合材料复合材料论文
摘要碳纳米管、石墨烯具有优异的力学性能(高强度和高模量)，是镁基复合材料理想的增强体。
如何改善碳纳米管、石墨烯在镁基体中的分散性和提高界面结合强度，是制备高性能纳米碳/镁基复合材料的关键。
采用粉末冶金和热挤压工艺制备了石墨烯（GNS）增强的AZ91镁基复合材料，测试了复合材料的力学性能，并用扫描电镜和能谱仪对复合材料断口形貌进行了观察和分析。
采用粉末冶金+热挤压工艺+T4固溶处理分别制备了CNTs，MgO@CNTs(包覆MgO碳纳米管)、GNPs (石墨烯纳米片)和RGO(还原石墨烯)增强的AZ91镁基复合材料，研究了碳纳米管表面包覆MGO工艺，纳米碳材料(CNTs，Mg O@CNTs，GNPs和GO)含量对AZ91合金的组织和力学性能的影响。
结果表明氧化石墨烯增强AZ91镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为225MPa，8%和70HV，比AZ91镁合金基体的分别提高了39.7%，35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为192MPa，7％和60HV，比基体的仅提高了18.7%，9.9%和13.5%；通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉强度，伸长率以及硬度上都是最好的。
关键词：碳纳米管、石墨烯纳米片、氧化石墨烯、AZ91镁合金绪论石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。
因为具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展，作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
镁呈银白色，熔点649℃，质轻，密度为1.74g／cm3，约为铜的1/4、铝的2／3；其化学活性强，与氧的亲合力大，常用做还原剂。
石墨烯复合材料的制备、性能与应用
石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要：纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。
它是现代科学技术的重要内容，也是未来技术的主流。
是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。
石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。
由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。
综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。
关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文;一，石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料，其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
研究表明，石墨烯具有优良的电学性质，力学性能及可加工性。
石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题，如何简单，快速，绿色地制备其复合材料，而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。
通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。
通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。
采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。
研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。
通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。
制备的复合材料具有优良的导电性，同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。
本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点，渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展摘要：近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能，拓展其功能，因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究，对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；复合材料；研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa，是目前已知的强度性能最高的材料，同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m；拥有很高的电子迁移率，且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物，氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料（1）石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇（PVA）结构中有非常多的羟基，因此其能与水相互溶解，溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后，GO在PVA中的分散可以达到分子水平，GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键，因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示，当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时，复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高，分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现，在聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）复合制备的得复合薄膜中，GO均匀的分散在PVA溶液中，PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后，大大提高了复合膜的热稳定性，当加入的GO量为3%时，纳米复合膜力学性能测试出现最大值，此时断裂伸长率也出现了最大值，这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能；与不加GO的纯PVA膜相比，当加入的GO量为3%时，耐水性也大大地提高。
石墨烯复合材料
石墨烯复合材料复合材料，即是将两种或两种以上不同品质的材料，通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能材料，其中连续相为基体，其他相组分为增强体。
依据金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等的不同组合，可构成不同的复合材料体系。
在复合材料中，各种组成材料的互相作用在性能上产生协同效应，从而使材料的综合性能或某些特性优于原来的组成材料，因此可以满足各种不同的需求。
复合材料应用扩张的趋势十分迅猛，《中国制造2025》提出的重点发展的十大领域中，复合材料可在其中八个领域内发挥重要作用。
随着新的复合材料增强体和基体的不断涌现，纳米复合材料、智能复合材料和结构功能一体化复合材料等将成为复合材料发展的新方向。
石墨烯是在2004年成功制备出的一种新型材料，其中碳原子互相以共价键形成平面结构。
石墨烯具有许多优异的物理化学特性，近年来受到学术和产业界的高度重视，成为一种明星材料。
将石墨烯作为复合材料的组分之一，利用其高性能的特点提升现有复合材料的性能，或设计各种新型的复合材料，已成为科学与工程领域中的一个热点问题。
1.1 石墨烯的结构、性质与制备方法1.1.1 石墨烯的结构与性质石墨烯，是2004年由Andre Geim和Kanstantin Novoselov两位科学家制备出的一种全新的二维材料。
石墨烯是由碳原子之间互相以sp2杂化轨道键合形成蜂窝状结构的原子单层，厚度仅为0.34nm。
相邻的原子层则是以范德瓦尔斯力相互结合在一起。
在其原子层的内部，各个碳原子以p z轨道形成离域π键，赋予石墨烯特有的电子性能。
相对于层内的共价键，石墨烯层间的范德瓦尔斯作用力在强度上要弱一些，这使得石墨烯具有易于剥离的特性。
通过机械剥离法可以从石墨原料制备出一层或少层的石墨烯，也是基于这一原理。
作为一种二维材料，石墨烯和体相的石墨材料具有显著的差别。
在层数由多层降为少层之后，碳原子所处的晶格势场发生了改变，形成了特殊的电子结构。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能，在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点，使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色，因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展，以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性，然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法，包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着，文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展，分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望，以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样，每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法：溶液混合法：这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中，然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着，将所需的基体材料（如金属氧化物、聚合物等）加入溶液中，通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便，但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法：这种方法通常在高温或特定气氛下进行，利用石墨烯与基体材料之间的化学反应，使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如，通过化学气相沉积（CVD）或热解等方法，在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料，但操作过程较复杂，且需要特殊的设备。
熔融共混法：对于高温稳定的基体材料，如金属或某些聚合物，可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯-MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究
石墨烯-MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究石墨烯/MOFs复合材料的制备及其吸附性能研究一、引言石墨烯和金属有机骨架材料（MOFs）是近年来受到广泛关注的两种新型材料。
石墨烯具有超高的比表面积、高导电性和优异的力学性能，而MOFs则具有大孔隙度、特殊的孔道结构和高度可调性的化学性质。
将二者合并成复合材料，不仅能够发挥各自的优点，还可以在催化、吸附、储能等领域中展示出卓越的性能。
本文将重点探讨石墨烯/MOFs复合材料的制备方法及其吸附性能的研究进展。
二、石墨烯/MOFs复合材料的制备方法制备石墨烯/MOFs复合材料的方法有许多种，常见的有混合法、原位法和化学还原法等。
混合法是将已制备好的石墨烯和MOFs混合，并通过超声处理使其混合均匀。
这种方法简单易行，但由于两种材料之间的界面接触不够紧密，可能影响复合材料的性能。
原位法是在制备石墨烯的过程中，加入MOFs的前体，使MOFs在石墨烯表面形成。
这种方法可以使MOFs与石墨烯之间的界面接触更紧密，提高复合材料的性能。
化学还原法则是将二氧化石墨烯和金属离子一起还原成金属纳米颗粒，形成复合材料。
这种方法制备的材料结构较为复杂，但拥有更好的导电性和可调性。
三、石墨烯/MOFs复合材料的吸附性能研究石墨烯/MOFs复合材料在吸附性能上具有优异的表现，广泛应用于环境污染物的去除、气体分离和储氢等方面。
以环境污染物去除为例，石墨烯/MOFs复合材料具有较大的比表面积和丰富的孔道结构，能够提供更多的吸附活性位点，从而实现对污染物的高效吸附。
同时，石墨烯的导电性能使得复合材料能够通过外加电场的作用，实现对吸附过程的可控和再生。
在气体分离方面，石墨烯/MOFs复合材料的孔道结构可以选择性地吸附不同大小和性质的气体分子，从而实现对混合气体的高效分离。
在储氢方面，石墨烯/MOFs复合材料由于石墨烯的高导电性和MOFs的大孔隙度，可以提供更大的气体吸附容量和较快的吸附速率，从而在储氢材料中具有巨大的应用潜力。
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
石墨烯复合材料
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构材料，具有极强的机械强度、导电性和热导性，因此被广泛应用于复合材料领域。
石墨烯复合材料是指将石墨烯与其他材料进行复合，以提高材料的性能和功能。
目前，石墨烯复合材料已经在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛的应用。
首先，石墨烯复合材料具有优异的机械强度。
石墨烯本身具有非常高的强度和韧性，能够有效增强复合材料的整体强度和硬度。
与传统材料相比，石墨烯复合材料更轻更薄，但却具有更高的强度和耐磨性，因此在航空航天领域得到了广泛的应用。
其次，石墨烯复合材料具有优异的导电性能。
石墨烯是一种优良的导电材料，能够有效提高复合材料的导电性能。
在电子设备制造领域，石墨烯复合材料可以用于制造柔性电路板、导电薄膜等产品，大大提高了电子设备的性能和可靠性。
另外，石墨烯复合材料还具有优异的热导性能。
石墨烯具有非常高的热导率，可以有效地将热量传导出去，因此在汽车制造领域得到了广泛的应用。
石墨烯复合材料可以用于制造散热片、发动机零部件等产品，提高了汽车的燃烧效率和安全性能。
总的来说，石墨烯复合材料具有优异的机械强度、导电性和热导性能，已经在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛的应用。
随着石墨烯制备技术的不断进步，相信石墨烯复合材料在未来会有更广阔的发展空间，为各个领域带来更多的创新和突破。
石墨烯基复合材料的制备及性能分析
石墨烯基复合材料的制备及性能分析石墨烯是一种新型的碳材料，由于其独特的结构和优异的性能，被广泛应用于材料科学领域。
石墨烯基复合材料作为一种将石墨烯与其他材料复合而成的新材料，具有石墨烯的优势和复合材料的多功能性，因此在材料制备和性能分析方面备受关注。
一、石墨烯基复合材料的制备方法目前，制备石墨烯基复合材料的方法主要包括机械混合法、溶液处理法和化学气相沉积法等。
机械混合法是最简单的制备方法，将石墨烯和其他材料进行物理混合。
这种方法操作简单，成本低廉，但是石墨烯与其他材料的界面结合较弱，对复合材料性能的提升有限。
溶液处理法是通过将石墨烯分散于溶液中，与其他材料形成复合体。
这种方法不仅能够提高石墨烯与其他材料的界面结合，还可以调控复合体的结构和性能。
然而，溶液处理法对石墨烯的分散性要求较高，操作复杂。
化学气相沉积法是一种高温气相合成法，通过在金属基底上沉积石墨烯。
这种方法制备的石墨烯基复合材料具有较高的结晶质量和界面结合强度，但是设备要求高、制备时间长。
二、石墨烯基复合材料的性能分析石墨烯基复合材料的性能主要包括力学性能、导电性能和热学性能等。
力学性能是衡量材料抗拉、抗压、抗弯等力学性能的指标。
石墨烯具有极高的强度和刚度，因此能够大幅提升复合材料的力学性能。
石墨烯基复合材料的强度和刚度通常随着石墨烯含量的增加而增加，但是当石墨烯含量过高时，由于石墨烯的堆叠导致复合材料的脆性增加。
导电性是衡量材料传导电流的性能指标。
石墨烯是一种具有优异导电性的材料，其导电性能主要取决于石墨烯的层数和形态。
石墨烯基复合材料通常具有较好的导电性能，且导电性能能够随着石墨烯含量的增加而增加。
热学性能是衡量材料导热性能的指标。
石墨烯具有很高的导热性能，因此能够显著提高复合材料的导热性能。
石墨烯基复合材料的导热性能通常随着石墨烯含量的增加而增加，但是石墨烯的堆叠也会对导热性能产生一定的影响。
除了上述性能分析，石墨烯基复合材料还具有其他一些特殊的性能。
石墨烯及其复合材料导热性能的研究现状
可使石墨烯与 S i衬底的热耦合作用很小。所以 热波在石墨烯悬空部分上产生后向散热片扩散。
经多次试验将实验中的激光波长选择为 488nm。
SLG 上的热扩散具体模式不明确, 其取决于
薄片及其边界形状。径向热流从两个方向向沟
槽边缘传输, 即从悬空薄片的中间部分向其边界
传播及平面波从两个相反方向向沟槽边缘传播。
碳材料
GTS( 导热石墨片 ) CNT ( s) 金刚石 石墨烯
1500~ 1700 3000~ 3500 1000~ 2200 4000~ 6600
其它
硅胶
1~ 3
碳材料的导热性能受材料微晶结构, 组成相 种类及 sp2 / sp3 无序程度 等因素的影响, 且二维 材料的导热系数较难测试, 需测试其平面及横向 阻力, 几何结构等 [ 10] 。
的热传输理论模拟与分析仍 然处于探索中。已 知的可 行性方法包括 F ourier定律的数解, 以及 基于波尔兹曼 Bo ltzm ann传输方程和分子动力学 M o lecular dynam ics ( MD) 模拟的分析方法都存在 各自局限性。当材料的尺寸降至纳米尺度时, 温 度也变得较不稳定。在平衡系统中, 温度是基于 材料的平均能量做出的定义, 对于石墨烯等纳米 系统, 材料的尺寸太小, 很难 确定局部温度。所 以不能将平衡条件下的温度概念运用于纳米材 料, 以至于较 难进行 纳米尺 度的热 传导的 理论 分析。
到石墨烯片中间部分温度的 升高。在距离沟槽
边缘 9~ 10 m 处的大尺寸石墨片在测试模型中
96 充当散热片。
材料开发与应用
2010年 12月
图 1 单层石墨烯导热系数的非接触光学测试模型
由于使用的是低功率激光, 所以散热片温度 在实验过程中保持恒定。部分悬空石墨烯的微
镁基复合材料
镁基复合材料镁基复合材料是一种新型的轻质高强材料，由镁合金作为基体，与其他材料进行复合制备而成。
镁合金作为一种轻质金属材料，具有优异的比强度和比刚度，同时具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，因此被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
然而，由于镁合金的塑性和韧性较差，限制了其在一些特殊环境下的应用。
因此，将镁合金与其他材料进行复合，以期获得更好的综合性能，成为了一种重要的研究方向。
首先，镁基复合材料可以通过增强相的添加来提高其力学性能。
常见的增强相包括碳纤维、陶瓷颗粒、纳米颗粒等。
这些增强相可以有效地提高材料的强度和刚度，同时不影响其轻量化的特性。
例如，碳纤维具有极高的拉伸强度和模量，可以显著提高镁基复合材料的强度和刚度，使其在航空航天领域得到更广泛的应用。
其次，镁基复合材料还可以通过表面处理来改善其耐腐蚀性能。
镁合金本身具有良好的耐腐蚀性能，但在一些特殊环境下，仍然会受到腐蚀的影响。
因此，采用表面涂层、阳极氧化等方法对镁基复合材料进行表面处理，可以有效地提高其耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
例如，采用阳极氧化处理可以在镁合金表面形成致密的氧化层，有效地阻止了腐蚀介质的侵蚀，提高了材料的耐腐蚀性能。
此外，镁基复合材料还可以通过热处理来改善其综合性能。
通过合理的热处理工艺，可以有效地调控材料的组织和性能，提高其强度、塑性和耐热性能。
例如，采用固溶处理和时效处理工艺可以显著提高镁基复合材料的强度和耐热性能，使其在高温环境下具有更好的稳定性和可靠性。
总的来说，镁基复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优良性能，是一种具有广阔应用前景的新型材料。
通过增强相的添加、表面处理和热处理等方法，可以进一步提高镁基复合材料的综合性能，满足不同领域对材料性能的要求，推动其在航空航天、汽车、电子等领域的应用。
相信随着技术的不断进步和研究的深入，镁基复合材料将会得到更广泛的应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
石墨烯纳米复合材料及其应用
石墨烯纳米复合材料及其应用石墨烯纳米复合材料是指将石墨烯与其他材料混合或复合形成的纳米级复合材料。
石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维晶体结构，具有独特的物理和化学性质，如高导电性、高热导性、高强度、高柔韧性和高透明性等。
其纳米复合材料具有石墨烯和其他材料共同的优异性能，被广泛应用于各个领域。
一种常见的石墨烯纳米复合材料是石墨烯与聚合物的复合材料。
石墨烯可以通过机械剥离、化学气相沉积和还原法等方法制备得到。
将制备好的石墨烯与聚合物进行混合，可以提高聚合物的导电性、强度和维护性能等。
例如，石墨烯和聚苯乙烯共混形成的纳米复合材料具有优异的电导性能，可用于制备高性能电池。
除了聚合物，金属也是常用的石墨烯纳米复合材料的组分之一。
将石墨烯与金属粉末进行混合，可以制备出高强度、高导电性的金属基复合材料。
石墨烯的加入可以提高复合材料的导电性和机械性能，同时减轻材料的重量。
这种纳米复合材料可以应用于制备高性能电子器件和强度要求高的结构材料。
此外，石墨烯纳米复合材料在能源领域也有广泛应用。
将石墨烯与二氧化钛等光催化剂混合可以制备出高效的光催化纳米复合材料。
这种复合材料在可见光下具有较高的光催化活性，可用于水处理、空气净化和可见光催化电池等领域。
此外，石墨烯还可与锂离子等储能材料组合，制备出高性能的储能材料。
这种储能材料可以应用于锂离子电池、超级电容器等领域，具有较高的容量和循环稳定性。
总之，石墨烯纳米复合材料具有石墨烯和其他材料的共同优势，可以在导电性能、强度、光催化活性、储能性能等方面提供卓越的性能。
这些特性使得石墨烯纳米复合材料在电子器件、结构材料、环境治理、能源存储等领域具有巨大应用潜力。
随着石墨烯纳米复合材料的制备技术的不断发展和完善，相信其在各个领域的应用将会得到更广泛的推广和应用。
石墨烯增强金属基复合材料的制备与性能研究
石墨烯增强金属基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶状材料，具有独特的结构和优异的性能。
近年来，石墨烯被广泛应用于材料领域的增强剂，尤其是在金属基复合材料的制备中，展现出了极高的潜力。
本文将探讨石墨烯增强金属基复合材料的制备与性能研究方面的最新进展。
石墨烯具有非常好的导电性、导热性和机械性能。
因此，将石墨烯与金属基材料相结合可以显著改善复合材料的性能。
首先，我们来探讨石墨烯的制备方法。
目前，常用的方法有机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法等。
其中，化学气相沉积法是一种较为常见的方法，它能够在金属基材料表面生长均匀连续的石墨烯层。
接下来，让我们关注石墨烯增强金属基复合材料的性能研究。
首先是力学性能。
众所周知，金属具有较高的强度和韧性，但也容易发生塑性变形和断裂。
通过将石墨烯引入金属基材料中，可以显著提高其抗拉强度和硬度。
实验结果表明，石墨烯的加入可以使金属基材料的抗拉强度提高约50%，同时保持相对良好的延展性。
此外，石墨烯增强金属基复合材料还具有优异的导电性能。
石墨烯是一种单层碳原子构成的二维结构，其具有非常高的电子迁移率。
因此，将石墨烯引入金属基材料中，可以显著提高复合材料的导电性能。
实验结果显示，石墨烯增强的铝基复合材料在导电性能方面较纯铝提高了近百倍，这为电子器件的制备提供了广阔的应用潜力。
此外，石墨烯还具有优异的导热性能。
其热导率远高于金属基材料，因此可以大大提高复合材料的导热性能。
石墨烯的高导热性使其成为一种非常理想的热管理材料，在制备高性能散热器等应用中有着广泛的应用前景。
除了力学性能、导电性能和导热性能，石墨烯还具有一些其他独特的性能，如化学稳定性和阻燃性能。
石墨烯因其特殊的结构，在高温、强酸和强碱等恶劣环境下仍能保持较好的稳定性。
同时，石墨烯还能够起到阻燃的作用，有效增强金属基复合材料的阻燃性能。
这些独特的性能为石墨烯在复合材料领域的应用提供了更多可能。
综上所述，石墨烯增强金属基复合材料具有卓越的性能，并在材料科学领域引起了极大的关注。
石墨烯增强母粒的原理
石墨烯增强母粒的原理
石墨烯具有以下几个特点，使其成为一种理想的增强材料：
1.高强度和高刚度：石墨烯具有非常高的强度和刚度，比钢
还要强硬并且非常轻巧。
这使得它能够在复合材料中增加材料
的强度和刚度，提升材料的力学性能。
2.高导热性：石墨烯的导热性能非常好，可以迅速传导热量。
当石墨烯被添加到母粒中时，它可以提高复合材料的导热性能，使其更好地散热。
3.高导电性：石墨烯是一种优秀的导电材料，能够有效地传
导电流。
在复合材料中，石墨烯的添加可以提高材料的导电性，广泛应用于电子器件等领域。
1.增强作用：石墨烯的高强度和高刚度使其能够增加母粒的
力学性能。
当石墨烯与母粒中的基础材料相互作用时，它能够
有效地传递应力，提高母粒的强度和刚度。
此外，石墨烯还能
够改善材料的抗拉强度、压缩强度和耐磨性，提高材料的耐久性。
2.散热作用：石墨烯的高导热性能使其能够增强母粒的导热性。
当石墨烯与母粒中的基础材料结合时，它能够加速热量的
传导，提高材料的散热效果。
这在一些需要优良散热性能的领域，如电子器件散热等，具有重要的意义。
3.导电作用：石墨烯的高导电性使其能够增强母粒的导电性能。
当石墨烯与母粒中的基础材料相结合时，它能够形成有效的导电网络，提高母粒的电导率。
这在电子器件、导电材料等领域具有广泛的应用。
石墨烯增强陶瓷材料的制备和性能分析
石墨烯增强陶瓷材料的制备和性能分析石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶体，它具有极高的强度和导电性能，因此被认为是一种非常有前途的材料。
在过去的几年中，石墨烯被广泛应用于各种领域，例如半导体制造、能源储存以及先进材料的制备等。
近年来，科学家们开始研究将石墨烯与其他材料相结合，以改善这些材料的性能。
其中，石墨烯增强陶瓷材料的制备和性能是一个备受关注的领域。
石墨烯增强陶瓷材料的制备方法主要包括机械剪切、电化学剥离、化学气相沉积和物理气相沉积等。
其中，化学气相沉积是目前研究中最受欢迎的方法之一。
该方法基于石墨烯的高导电性和化学惰性，通过沉积和烧结来制备石墨烯增强的陶瓷材料。
石墨烯增强陶瓷材料不仅在强度方面具有突出表现，而且在热循环稳定性、耐磨性和防腐性方面也表现出了非常好的性能。
在基于铝氧陶瓷的陶瓷基复合材料中，石墨烯增强复合材料的强度低于复合材料基质，但其强度与陶瓷基复合材料的强度相当。
石墨烯增强的铝氧陶瓷在气体中的腐蚀实验中表现出了很好的抗腐蚀性能。
同时，由于石墨烯的高导电性，在石墨烯增强陶瓷材料中添加适量的导电剂可以改善材料的导电性能，使其适用于电子器件等需要导电性能的领域。
此外，在石墨烯增强陶瓷材料的制备中，还可以引入其他的纳米材料。
例如，银纳米颗粒可以提高石墨烯增强复合材料的导电性和机械强度，同时具有杀菌作用。
氧化铝纳米颗粒的加入可以改善石墨烯增强的铝氧陶瓷的耐磨性和热稳定性。
总之，石墨烯增强陶瓷材料的制备和性能分析是一个研究前沿的领域。
通过使用化学气相沉积等方法，可以制备出具有优异性能的石墨烯增强陶瓷材料。
与传统材料相比，石墨烯增强陶瓷材料在强度、耐磨性和热稳定性等方面都具有很大优势。
未来，我们相信这种新型材料将在各种领域中得到广泛应用。
三维石墨烯负载金属纳米粒子复合材料的功能和特点
三维石墨烯负载金属纳米粒子复合材料的功能和特点功能：1. 催化活性增强：金属纳米粒子能够提供高度的催化活性，在反应中起到催化剂的作用。
石墨烯具有大量的活性官能团和高度可调节的表面特性，可以提供丰富的反应位点，增强了金属纳米粒子的催化活性。
2. 电子传导性能优异：石墨烯是一种电子传导性能极好的材料，具有高载流子迁移率和优异的电导率。
金属纳米粒子与石墨烯的结合，进一步提高了材料的电子传导性能，有助于提高电子传输效率。
3. 光催化性能优良：石墨烯和金属纳米粒子在可见光范围内均显示出良好的光催化性能。
石墨烯的导电性和金属纳米粒子的表面等离子体共振效应相结合，可以有效地提高光催化反应的效率，并实现可见光下的光解水、光催化降解有机污染物等应用。
4. 电容性能优越：石墨烯和金属纳米粒子的复合材料具有优异的电容性能，可以用于超级电容器的制备。
在电解液中，石墨烯和金属纳米粒子提供了大量的催化活性位点，有助于电荷的快速传输和储存，提高了超级电容器的能量密度和循环稳定性。
特点：1. 结构独特：三维石墨烯负载金属纳米粒子复合材料具有特殊的结构形貌。
金属纳米粒子均匀分散在石墨烯的表面和内部，形成高度有序的三维网络结构。
这种结构不仅提高了材料的稳定性和可控性，还增加了材料的比表面积，提高了反应活性。
2. 表面特性可调控性强：石墨烯具有丰富的官能团，可以通过化学修饰或表面改性来调控其表面特性。
金属纳米粒子的尺寸、形状和表面修饰也可以进行调控。
通过调控石墨烯和金属纳米粒子的表面特性，可以实现对材料催化性能和电子传导性能的调控。
3. 稳定性良好：三维石墨烯负载金属纳米粒子复合材料具有良好的稳定性。
金属纳米粒子通过与石墨烯的相互作用，形成稳定的结构，并防止金属纳米粒子的聚集和析出。
石墨烯的高度可调控性和抗氧化性能也有助于提高材料的稳定性。
4. 应用广泛：三维石墨烯负载金属纳米粒子复合材料具有广泛的应用前景。
可用于电化学催化、能源存储、光催化、传感器等领域。
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镁基复合材料的制备技术
液相法是利用材料从液态到固态相变进行成型的一种方法， 此方法需要将材料加热至全液态。目前常用的液相法主要包 括揽拌铸造法和烙体分解沉积法。缺点，适用于熔点较低的 金属合金。 半固态法是将材料加热至固相线和液相线之间，在半固态温 度加入增强体的方法。增强体受到摩擦和阻碍，避免其漂浮 于烙体之上，并可Ｗ通过机械揽拌获得较均匀地分散。
石墨烯增强镁基复合材料 材料工程
河海大学力材学院
目 录
石墨烯镁 基 复 合 材 料 研 究 背 景
石墨烯镁 基 复 合 材 料 研 究现状 镁基复合材料的制备技术 石墨烯对镁 基 复 合 材 料 性 能的影响 存在的问题以及发展前景
石墨烯
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只 有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。因为具有十分良好的强度、 柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域 都得到了长足的发展，作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳 米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。
称取0.1氧化石墨烯 溶于200ML乙醇中
真空下称取99.9g镁 铝合金粉末混入 100ML乙醇中机械 搅拌均匀
将粉末置于模具中 压制成型，烧结
热挤压，12mm 的 石墨烯增强 AZ91镁 基复合材料（简称 MGO /AZ91复合材 料）
采用相同的工艺制 备AZ91镁合金、 GNZ /AZ91复合粉及 复合材料
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二、性能测试结果
此表是将GNPs（石墨烯纳米片）/AZ91复合材料与相同工艺条件下制备 的 CNTs/AZ91和 MgO -CNTs/AZ91复合材料的力学性能进行了对比。 GNS/AZ91 复 合 材 料 的 力 学 性 能 和 CNTs /AZ91（碳纳米管）复合材 料相当。当加入1.0％包覆 MgO碳纳米管增强的 ＡＺ９１复合材料，其 屈服强度、抗拉强度和硬度差距也不是很明显。这说明，与 CNTs相比， 在作为镁合金增强相时，添加少量 GNPs（石墨烯纳米片）的复合材料 强度和硬度提升较明显。
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镁基复合材料研究现状概要
香港城市大学吕坚教授团队近日在材料研究取得重大突破，全球首次制备 出了超纳镁合金材料。这种结构使得镁合金具备3.3GPa的超高强度，达到了近 理论值E/20（其中，E为材料的杨氏模量）。这种尖端新型材料的强度比现有 超强镁合金晶体材料高出十倍！变形能力较镁基金属玻璃高两倍，并可发展成 为生物降解植入材料。然而，其制备方法的苛刻与复杂性往往限制了其实际应 用。
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镁基复合材料的制备技术
目前国内外镁基复合材料的制备方法主要包括粉末冶金法、半粉末冶金法、 揽拌铸造法、预制块－半固态揽拌铸造法、烙体分解沉积法、多道次揽拌 摩擦加工法和化学气相沉积法等。这些方法均可归纳为固相法、液相法、 半固态法和大塑性变形法这四种类型。
粉末冶金法是近年来工业生产常用的固相法制备复合材料的方法之一， 1.固相法 至今己发展的相当成熟。粉末冶金法的主要工艺包括：混料、冷压成 型、烧结致密化及后处理。 粉末冶金法的主要优点：通过调节制备工艺可使增强体均匀分布；由 于成型温度比基体的烙点低，故不会产生过量的界面反应；可完成高 含量増强体的添加，对复合材料的成分进行自由设计。但是也存在以 下缺陷：比如生产周期较长，过程较复杂，也存在模具和粉体爆炸的 危险。
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但是由于镁合金自身优良的属性，吸引着无数科研工作者不断探索， 随着技术的发展总有一天石墨烯增强镁基复合材料会登上舞台，广 泛应 用与军事、航空、汽车等领域。
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谢谢聆听
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一、性能测试结果
由表看出， MGO (氧化石墨烯)/AZ91复合材料的屈服强度、抗拉强度、 伸长率和显微硬度最大，分别为224.85MPa ， 268.89MPa ， 伸长率 8.15%、显微硬度70.14，比不添加石墨烯的AZ91镁合金的分 别 提 高 了 39.7％ ， 21.6％ ， 35.4％ ， 31.8％，与GNS（石墨烯纳米片）/AZ91复 合材料（添加石墨烯纳米片的AZ91镁合金）相比，其性能也是比较优 越。
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镁基复合材料研究现状概要
青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO 涂覆 Mg2B2O5 晶须增强镁基复 合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO 涂覆可以改善界面处的结合强度， 材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了 37.6%和 35.7%。李坤等 也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的 SiO2 涂层，进而制备 得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限拉伸强 度值只有 527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的 SiO2 涂层可明显促进 液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出了块体石 墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性能强化明 显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达 66kg/mm2，比相同工艺条件下纯镁的 性能提升了78%。
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存在的问题及发展前景
1.由于镁本身的化学性质较活泼，很容易在制备过程中发生化学反应， 因此对于以镁或镁合金作为基体的复合材料而言，应严格控制制备过程 中的工艺参数，防止界面处的不良反应。 2.目前，由于镁及镁合金存在强度低、模量小、塑性差和易腐性等缺点 镁基复合材料的制备工艺还有待于改进和完善，其准确的复合机理、界 面处的强化机制等建设性的研究还不是相当全面。 Ts和GNPs增强镇基复合材料制备过程中面临两个最大的挑战： a．CNTs、GNPs的均匀分散； b．CNTs、GNPs与基体的润湿性较差。由于CNTs、GNPs的比表面积较大， 表面能较高，因此具有很强的团聚倾向。CNTs和GNPs与大多数金属不润 湿，因此与金属基体之间很难形成较牢固的结合界面。 4.由于以上技术问题目前仍然无法实现量产。
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AZ91 镁合金及其复合材料的拉伸断口形貌和 EDS 谱
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结论：氧化石墨烯增强 AZ91 镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分 别为 224.85 MPa ，8.15%和70.14HV ，比 AZ91镁合金基体的分别提高了39.7% ， 35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、伸长率和 显微硬度分别为191.86 MPa ， 6.72％和60.42HV ，比基体的仅提高了 18.7％ ， 9.9％ 和 13.5％ ；氧化石墨烯上的含氧官能团与镁合金基体发生界面反应生成 了MgO，有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度。 通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉强 度，伸长率以及硬度上都是最好的。
2.液相法
3.半固态法
大塑性变形法使材料产生剧烈的塑性变形，其平均晶粒尺寸一 般在100nm左右。复合材料经过大塑性变形之后，其晶粒细小 4.大塑性变形法 且性能优异。大塑性变形法主要包括等径角挤压（ＥＣＡＰ）、 高压扭转变形法（ＳＰＴＳ）、大扭转应变过程技术（ＳＴＳ Ｐ）和多道次揽拌摩擦加工技
基体原料为 AZ91镁合金粉，粒径10～100 um；其化学成分（质 量 分 数／ ％ ） 为 9.5Al， 0.8Zn ，0.4Mn ，＜0.08其他元素，余Ｍｇ 。增强相材料分别为多层 氧化石墨烯（ MGO）和多层石墨烯纳米片（ GNS ）
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试验方法
将石墨烯滴入镁铝 混合液中，并继续 机械搅拌，升温 80℃，加速乙醇挥 发，干燥，已得到 混合均匀的复合粉
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镁基复合材料研究现状概要
镁基复合材料的主要特点是低密度、高比强度和比刚度、良好的耐磨性、 良好的耐高温性、良好的耐冲击性、优良的减震性、良好的尺寸稳定性、良 好的铸造性以及优异的电磁屏蔽性能等。由于存在低熔点，高化学活性，易 燃，易氧化等特点，有关适合镁基复合材料的制备工艺一直以来是人们研究 和解决的一大热点。因为镁的熔点接近于铝的熔点，所以很多的制备方法都 是在铝基复合材料的研究基础上进行推广和改进的。比较传统的方法有普通 铸造法、搅拌铸造法、挤压铸造法和粉末冶金法，此外又出现了许多比较新 型的制备方法，如机械合金化法、熔体浸渗法、喷射沉积法、自蔓延高温合 成法、重熔稀释法和反复塑性变形法等。不同镁基复合材料制备方法。近年 来，准晶、碳纤维和石墨烯等新型增强体研究取得了较大进展，增强体与镁 及镁合金之间的界面润湿性问题也通过不同工艺被逐渐解决，这为镁基复合 材料的研究人员带来了新的灵感。
1
镁
它呈银白色，熔点649℃，质轻，密度为1.74克/厘米3，约为铜的1/4、铝的 2/3；其化学活性强，与氧的亲合力大，常用做还原剂。粉状或细条状的镁，在空 气中很易燃烧，燃烧时发出眩目的白光。但极易溶解于有机和无机酸中。镁能直 接与氮、硫和卤素等化合。金属镁无磁性，且有良好的热消散性。质软，熔点较 低。 镁是燃烧弹和照明弹不能缺少的组成物；镁粉是节日烟花必需的原料；
2
镁基复合材料
Al2O3颗粒 或纤维 SiC颗粒 或晶须 碳（石 墨）纤维
镁化合 物
增强相 基体
铸镁
镁合金 镁化合 物
Al18B4O33 颗粒或晶 须
镁合金
3
我是镁
我是新材 料之王， 石墨烯
4
石墨烯镁基复合材料的研究背景
伴随石墨烯研究热潮的不断推进，基于石墨烯优良的物理化学性能，人们 也试图将石墨烯引入到金属基复合材料中，期望利用其某一或某些特性对金属 基体的性能进行强化。目前，诸多文献已提到用石墨烯来强化Al、Cu、Ni等金 属基体，且石墨烯对以上金属基体都能起到良好的强化作用。在镁基体中添加 石墨烯作为增强体是一种以不增加镁合金比重为前提，并且能有效改善镁合金 线性膨胀热稳定性，提高合金抗拉强度的可行方法。但由于镁本身的化学性质 较活泼，很容易在制备过程中发生化学反应，因此对于以镁或镁合金作为基体 的复合材料而言，应严格控制制备过程中的工艺参数，防止界面处的不良反应。 目前，镁基复合材料的制备工艺还有待于改进和完善，其准确的复合机理、界 面处的强化机制等建设性的研究还不是相当全面。与传统的颗粒、晶须和纤维 增强镁基复合材料不同，对石墨烯增强镁基复合材料而言，石墨烯在镁基体中 的形态为片状，因此关于这方面的研究将又是一种新的研究方向。