国家自然科学基金青年科学基金申请书范文

报告正文
（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）：
1．项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。

附主要参考文献目录）；
1.1 研究意义
碳纤维或石墨微粒等碳质相增强银基电接触材料主要用于制作微电机的电刷和换向器，是保证微电机服役性能和寿命的关键。

随着微电机向高温、高速、高扭矩及低噪音方向发展，对碳质相增强银基电接触材料提出了更高的性能要求，包括强度、耐磨、抗电弧侵蚀、耐高温、抗腐蚀等[1-2]。

与传统的碳质相增强体相比，得益于石墨烯的sp2轨道杂化以及二维薄层结构，石墨烯材料展现出超高的强度、优异热导率和电导率、透光率以及柔性轻质等特性。

凭借以上独特的物理性能，石墨烯受到了复合材料领域研究者的关注，期望石墨烯能够带给复合材料新的性能。

随着石墨烯量产工艺的逐步改进和完善，低成本石墨烯增强体使得石墨烯复合材料的实际工程化变为可能。

石墨烯的高强、高导电导热性是区别已有增强体材料如石墨、碳纳米管的最大优势特点，将这些性能优势引入到块体金属基电接触材料中，将为金属基电接触材料的设计和性能提升带来巨大的影响[3-5]。

为此，本项目探究独具特性的石墨烯在银基体中的赋存状态、强化作用、纳米界面行为，阐明石墨在提高复合材料的力学性能的同时协调导电导热等物理性能的内在原理以及改善银基体的抗电弧侵蚀机理，具有重要的科学意义。

在大量文献调研及前期工作基础之上，项目提出采用化学包覆-超声处理-行星式高能球磨-正向热挤压技术，加速石墨烯层片的纳米化，实现石墨烯强化相在银基体中均匀分散并形成部分强界面结合，合成新型石墨烯增强银基电接触材料，同时对新材料微观结构和使役性能(电接触性能)的关联性进行研究，对新型银基电接触材料的制备与应用而言，也具有较好的现实需要。

1.2 石墨烯在金属基体中如何实现高效分散
石墨烯作为增强体在银基电接触材料使用时，关键科技问题在于，其在基体中如何弥散均匀分布以及与基体的界面如何形成。

均匀分散的石墨烯不仅能细化晶粒、钉扎位错，还能更有效地承担载荷。

与其他微尺寸增强相一样，石墨烯因其较大的比表面积以及高表面能而易于团聚，如何更均匀地将石墨烯分散于金属基体中一直是研究热点和难点。

在粉末冶金加工以及其他制备技术过程中，石墨烯的分散程度主要取决于预压成型或烧结之前的混粉工艺。

通常石墨烯片的表面能随层数的减少而增大，单层石墨烯极易团聚，多层石墨烯片的分散难度则相对较小[6]。

高能球磨技术，特别是行星球磨可以实现多层石墨烯片在铜或银粉末中的良好分散，是报道中最常见的石墨烯分散工艺之一。

在高能球磨过程中，混合粉末经过反复变形，断裂和冷焊过程，从而实现均勻混合，并且球磨粉末之间能够部分达到原子尺度上的键合[7]。

为改善石墨烯纳米片的分散性，经常在球磨前对石墨烯粉末进行超声处理、表面改性或加入表面活性剂。

石墨烯纳米片在范德华力作用下易于团聚，在液体介质中对超声处理后的石墨烯进行球磨处理，可以破碎团聚体，并且表面活性剂的存在有助于保持石墨烯纳米片的分散状态[8-13]。

Chu等[14]研究人员采用高能球磨的方式将体积分数分别为3%，5%，8%和12%的少层石墨烯纳米片添加到纯铜粉中，当石墨烯的体积分数达到12%时开始出现团聚。

研究发现8%体积分数的石墨烯均匀分布于基体中，复合材料的晶粒尺寸约4μm，远小于纯铜晶粒尺寸(约为10μm)，这表明石墨烯起到了细化晶粒作用。

均匀分散的石墨烯能在晶界处有效钉扎位错，造成位错塞积，进而阻碍加工过程中再结晶晶粒长大，提高材料变形时位错移动的晶界阻力。

韩国弘益大学Kim 等[15]采用高能球磨结合和高速异步轧制合成多层石墨烯铜基复合材料，利用大塑性变形诱导产生的大剪切应变来加速石墨烯层片的纳米化和在铜基体中的分散，增加复合材料组织的均匀性，提高复合材料的力学性能。

杨帅[16]使用高速球磨机和高剪切匀质机先合成了少层石墨烯和纳米铜粉的复合粉末，再经放电等离子烧结得到石墨烯铜基复合材料，材料屈服强度达到476MPa，高于普通纯铜(约
300MPa)。

国内外学者的研究结果说明，采用高能球磨技术制备石墨烯金属基复合粉末，能够较好解决石墨烯在基体材料中的分散性问题，使复合材料组织更加致密细小，同时大幅度提升复合材料的力学性能。

但由于高能球磨过程中猛烈持续的撞击，石墨烯片的结构容易遭到破坏，因此采用高能球磨分散方法时应注意球磨工艺(如球料比例、球磨气氛或溶剂的选择、球磨速率和球磨时间等)的控制和优化。

因此，本项目选用行星式高能球磨技术，制备多层石墨烯-银复合粉末，以便使多层石墨烯纳米片较为均匀弥散地分布在银基体中。

1.3 石墨烯增强金属基复合材料力学性能的理论研究进展
石墨烯增强金属基复合材料的作用机理及规律目前仍没有统一的结论。

因此，开展对石墨烯增强金属基复合材料强化机理的研究，探讨石墨烯增强银基复合材料的纳米界面行为，阐明石墨在提高复合材料的力学性能的同时协调导电导热等物理性能的内在原理，将有助于完善石墨烯增强金属基复合材料的理论基础。

将石墨烯作为增强相添加到金属基体中的主要目的是提高材料的强度。

复合材料的强化行为可用不同的数学模型表示，微观力学模型能在给定的宏观载荷以及组成相形状和性能条件下计算相的局部应力与应变场，预测非均质复合材料力学性能对组成相的几何形状和性能的响应，并通过分析实验与理论结果的差别，从根本上阐明石墨烯的强化机制[17]。

目前Cox 剪切滞后模型和Halpin-Tsai 经验公式已被用于分析石墨烯增强金属复合材料的力学性能。

Cox 剪切滞后模型假设弹性基体与纤维界面完美结合，且拉力沿着纤维方向加载，载荷由基体与增强纤维的界面间剪切应力传递。

根据石墨烯的取向和结构等因素修正剪切滞后模型，其预测值能够很好地匹配实验测量值。

通过机械球磨结合热等静压成型将石墨烯添加到铝合金中，不仅提高了材料的抗拉强度，还保持了较高的伸长率[18]，综合Hall-Petch 公式和剪切滞后模型，石墨烯增强铝基复合材料的屈服强度服从以下公式：
()()⎥⎦⎤⎢⎣
⎡-++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-f f V s V d 144k 210c σσ
式中：
σ和k为与晶体类型有关的常数；d为基体晶粒尺寸；f V 0
石墨烯体积分数；s为石墨烯的径厚比。

复合材料的屈服强度主要受石墨烯径厚比影响，s越大，则屈服强度
σ越高。

采用剪切滞后模型
c
预测石墨烯-镍/铜复合材料的屈服强度，所得结果与实验值吻合，研究表明：主要强化机制是自基体至石墨烯的有效载荷传递，这得益于镍纳米颗粒促进石墨烯分散并提高了石墨烯与基体间的润湿性[19]；同时也证明Cox剪切滞后模型可以为石墨烯增强金属基复合材料力学性能的预测提供理论指导。

但是，此模型未考虑当石墨烯含量过大时发生的团聚现象对强度产生的负面影响，仅适用于石墨烯完全均匀分散的理想情况。

另外，石墨烯的添加将产生附带的冶金强化效果，例如晶粒细化引起的Hall-Petch效应、Orowan机制、石墨烯与基体间的热膨胀系数差异引起的热错配机制和位错增殖同样会提高强化效应，有待于结合实验进一步研究。

1.4 直流电弧作用下银基电接触材料的电弧侵蚀行为研究现状
银基电接触材料在直流电弧作用下服役时，主要的失效形式主要有3类：接触电阻升高、触头烧穿和触头粘接。

3种失效形式都与分合燃弧特性及材料性能直接相关。

在电弧与触头相互作用过程中，带电粒子被触头间的电场、热场加速，高速轰击触头表面，触头温度升高，发生熔化甚至气化，触头表面材料以蒸气形式进入到电弧中；高速粒子在轰击触头表面过程中产生力的作用，使触头材料以液滴形式发生喷溅，导致部分材料丢失到周围环境中。

电弧燃烧过程所伴随的熔化、蒸发和喷溅等现象使得触头材料发生侵蚀和转移，触头表面将形成凹坑和突起，触头材料组分和组织结构发生改变，进而导致触头接触电阻升高、质量减小、熔焊力变大[20-23]。

因此，电接触材料的侵蚀行为一直是电接触研究领域中的基本问题，并且直接决定了电触头的使用寿命。

由于电接触材料在使用中需要经历闭合电弧→接触电阻焦耳热→分断电弧→自然冷却过程，故材料的侵蚀是多过程、多变量和多物理场耦合的结果。

如果要深入研究这些过程中电接触材料的具体行为，必须采用一定的研究方法和手段[24]。

目前国内外研究主要采用
实验和数值模拟相结合的思路：首先在实验数据的基础上，建立一定的数学模型；其次采用数值分析方法(主要是有限元方法)进行求解和计算；最后，通过计算结果和实验结果的比较并完善数学模型，从而了解电接触材料的侵蚀机理、电接触过程和控制因素。

(1) 电弧侵蚀行为实验分析研究
针对电接触材料在直流电弧作用下发生质量变化，成分变化和表面形貌变化，相应的实验研究方法分别为：称重法，表面成分分析和表面形貌分析[25-27]。

称重法利用质量测量设备，得到燃弧前后阴极和阳极触头质量变化。

因单次燃弧导致的触头质量变化太小，难以准确测量，因此通常进行上万次燃弧实验。

每隔一定次数后，测量触头质量，分析烧蚀量随燃弧次数/燃弧时间的变化，确定单次燃弧导致的触头平均侵蚀量。

触头表面成分分析通常利用能谱分析仪(EDS)对烧蚀后触头表面微区成分元素种类和含量进行分析，得到触头表面不同区域内材料成分在燃弧前后的变化。

触头表面形貌分析方法是利用扫描电镜(SEM)对烧蚀区域进行显微组织观测，定性描述烧蚀区域的形貌特征，并对烧蚀轨迹直径、电弧斑点个数及尺寸、喷溅颗粒尺寸等进行定量分析。

由于侵蚀机理的复杂性和侵蚀特性的多样性，研究者通常也采用多种实验方法(如高速摄像法、探针法、激光成像法等)从不同角度描述侵蚀特性，建立侵蚀模型，分析侵蚀机理。

(2) 电弧侵蚀行为有限元模拟研究
在电接触材料侵蚀行为的模拟研究方面，Y ukio Nakaqawa[28]采用数值计算的方法建立了电触头电弧侵蚀热传播过程的一维模型，首次建立了电触头材料的物理参数与电接触行为的定量关系。

随后，Kharin[29]考虑了表面张力、重力、电磁收缩力的作用对熔桥形状变化的影响，通过数学建模的方式建立了MHD 有限元模型。

Borkowski[30]建立了电弧作用的唯象模型用于描述电接触现象，进行了相应的计算和分析，并深入研究了银-石墨触头材料的电性能[31]。

国内主要是西安交通大学、华中科技大学和北京邮电大学等高校从事该方面的研究。

西安交通大学的荣命哲等教授[32]对接触电阻焦耳热产生的温度场进行了分析和计算，并建立了恒定大电流工作条件下，电弧对材料作用的简化模型，并采用有限差分法求解温度场。

近年来，华中科技
大学李震彪教授等[33]建立了较好的电弧作用模型，并采用有限元方法进行计算和分析。

昆明贵金属研究所的陈松研究员等[34]通过对实验中闭合电弧→接触电阻焦耳热→分断电弧→自然冷却过程的分析，根据测得的相关实验数据，采用有限元方法对该模型进行计算，得到电触头的瞬态温度场的分布和演化特点建立一个电触头使用过程中的瞬态温度场的计算模型。

电接触材料侵蚀行为数值模拟的发展由有限差分法发展到有限元法，相应模型从一维发展到三维，从单物理场分析逐渐发展到热、电、力多物理场耦合分析，从稳态到瞬态。

由于电接触过程的复杂性，目前电接触过程的数值模拟大多为热、电耦合模型，而对电接触中的接触行为进行了假设。

只有少数学者对电接触过程中的热、电、力接触行为进行了耦合分析，考虑触头变形对热、电行为的影响也较少。

因此，建立与实际工作条件相接近的热、电、力耦合数值模拟模型用于研究银基电接触材料的电弧侵蚀行为具有重要的理论意义。

1.5 研发新型碳质相增强银基电接触材料的必要性
碳质相增强银基电接触材料，包括Ag-石墨、Ag-碳纳米管、Ag-石墨烯等，是制备电机和电子器件中集电环、导电换向片、整流片、导电刷、电位器等滑动接触导电元件的关键材料，其特点是材料需在相对滑动中保持接触，并担负着传递电讯号和电能的重要作用，其机械性能和电性能的优劣直接影响着电机、仪表、电路和电器的可靠性、稳定性、精确度和服役寿命[35]。

相对于固定接触和弹性接触电接触材料，滑动接触电接触材料需要满足下述一些特定的性能要求：(1) 具有良好的导电性与化学稳定性，以保证低而稳定的接触电阻，载流滑动时不能出现电噪声；(2) 具有优异的耐磨损性能，相对滑动摩擦引起的磨损不影响到电讯号和电能输入(或输出)的可靠性与稳定性；
(3) 具有较小的温升，摩擦产生的温度升高不导致材料的局部软化或熔化，从而保证接触电阻的稳定和避免材料发生粘连；(4) 具有良好的抗电弧侵蚀性能，在周期性出现接通或断开电流的工作状态时，能够很好地抵抗瞬间电弧的侵蚀[36]。

目前，已经得到商业化应用的碳质相增强银基电接触材料仅有Ag-石墨电接触材料。

但是，随着电机、仪表朝着小型化、轻质、高速方向发展，对电接触材料的接触电阻、
耐磨损性能、载流能力提出了更高的性能要求，Ag-石墨材料存在的固有性能缺点日益凸显，表现为长时间运转情况下表面膜增厚、接触电阻增大、温升增加，材料材料强度下降、易发生熔焊；Ag-石墨硬度较低、耐磨性不足、电刷磨耗严重，影响散热。

为了进一步提高Ag-石墨电接触材料的性能，研究工作者开展了相关工作，如采用烧结挤压法来制备高致密Ag-石墨材料，并使石墨呈纤维状分布于银基体中，一定程度上提高其耐磨性。

使用适量碳纳米管部分替代石墨加入到Ag-石墨材料中，改善材料的耐电弧侵蚀性能[37-40]。

尽管这些新措施使Ag-石墨材料的性能得到了一定优化，但由于石墨本身固有的颗粒粗大、低导电性、低硬度等缺陷，导致银-石墨复合材料总体综合性能的提高还很有限。

若不从材料组成体系上进行创新，很难解决Ag-石墨材料自身固有的缺点。

1.6 结论
综上所述，为了满足实际应用中对银基电接触材料综合性能和稳定性提出的更高要求，采用石墨烯替代石墨，利用石墨烯独具的结构特性和优异物理性能来提高银基电接触材料的强度、抗电弧侵蚀性以及耐载流磨损性，从材料组成体系上进行创新，研发石墨烯增强银基新型电接触材料，探讨石墨烯增强银基复合材料的强化机理、纳米界面行为，阐明石墨烯在提高复合材料的力学性能的同时协调导电导热等物理性能的内在原理，以及石墨烯改善材料耐电弧侵蚀和抗金属转移能力的内在机理，对促进新型银基电接触材料的研发和应用，具有重要的理论指导意义。

参考文献：
[1] Yu Haifeng, Lei Jingxuan, Ma Xueming, et al. Application of nanotechnology in a silver/graphite contact material and optimization of its physical and mechanical properties[J]. Rare Metals, 2004, 23(1): 79-83.
[2] Jiang Peng, Li Feng, Wang Yaping, et al. Effect of different types of carbon on microstructure and arcing behavior of Ag/C contact materials[J]. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 2006, 29(2): 420-423.
[3] 王丽, 潘云涛. 石墨烯的研究前沿及中国发展态势分析[J]. 新型炭材料, 2010, 25(6): 401-408.
[4] 任文才, 高力波, 马来鹏, 等. 石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 新型炭材料, 2011, 26(1): 71-80.
[5] 任芳, 朱光明, 任鹏刚, 等. 纳米石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J].复合材料学报, 2014, 31(2): 263-272.
[6] Wenzheng Zhai, Xiaoliang Liang, Zengshi Xu, et al. Formation of friction layer of Ni3Al matrix composites with micro- and nano-structure during sliding friction under different loads[J]. Materials Chemistry and Physics, 2014, 147(3): 850-859.
[7] 燕绍九, 陈翔, 洪起虎, 等. 石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展[J]. 航空材料学报, 2016, 36(3): 57-70.
[8] 苏长泳, 黄林军, 王彦欣, 等. 石墨烯及Ag/石墨烯纳米复合材料的原位合成
[9]. 材料导报, 2015, 29(4): 55-59.
[10] 周亚洲, 杨娟, 孙磊, 等. 石墨烯/银复合薄膜的制备及表征[J]. 无机化学学报, 2012, 28(1): 137-142.
[11] Jeongmin Seo, Won Seok Chang, Taek-Soo Kim. Adhesion improvement of graphene/copper interface using UV/ozone treatments[J]. Thin Solid Films, 2015, 584: 170-175.
[12] Przemysław Sadowski, Katarzyna Kowalczyk-Gajewska, Stanisław Stupkiewicz. Classical estimates of the effective thermoelastic properties of copper-graphene composites[J]. Composites Part B: Engineering, 2015, 80: 278-290.
[13] Gnanaprakasa T J, Gu Y X, Eddy S K, et al. The role of copper pretreatment on the morphology of graphene grown by chemical vapor deposition[J]. Microelectronic Engineering, 2015, 131: 1-7.
[14] Chu K, Jia C. Enhanced strength in bulk graphene-copper composites[J]. Physica Status Solidi A, 2014, 211(1): 184-190.
[15] Kim W J, Lee T J, Han S H. Multi-layer graphene/copper composites: preparation using high-ratio differential speed rolling, microstructure and mechanical properties[J]. Carbon, 2014, 69: 55-65.
[16] 杨帅. 少层石墨烯增强铜基复合材料制备和性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.
[17] Thostenson E T, Chou T W. On the elastic properties of carbon nanotube-based composites: modeling and characterization[J]. Journal of Physics D Applied Physics,
2003, 36 (5): 573-582.
[18] Yan S J, Dai S L, Zhang X Y, et al. Investigating aluminum alloy reinforced by grapheme nano flakes[J]. Materials Science and Engineering A, 2014, 612: 440-444.
[19] Tang Y, Yang X, Wang R, et al. Enhancement of the mechanical properties of grapheme-copper composites with graphene-nickel hybrids[J]. Materials Science and Engineering A, 2014, 599: 247-254.
[20] Zhang Lingjie, Shen Tao, Shen Qianhong, et al. Anti-Arc erosion properties of Ag-La2Sn2O7/SnO2 contacts[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2016, 45(7): 1664-1668.
[21] Chunping Wu, Danqing Yi, Wei Weng, et al. Arc erosion behavior of Ag/Ni electrical contact materials[J]. Materials & Design, 2015, 85: 511-519.
[22] Guijing Li, Huijie Cui, Jun Chen, et al. Formation and effects of CuO nanoparticles on Ag/SnO2electrical contact materials[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2017, 696: 1228-1234.
[23] Nachiketa Ray, Bernd Kempf, Timo Mützel, et al. Effect of WC particle size and Ag volume fraction on electrical contact resistance and thermal conductivity of Ag-WC contact materials[J]. Materials & Design, 2015, 85: 412-422.
[24]陈松, 管伟明, 张昆华, 等. Ag/La2NiO4基电触头在直流大电流条件下电弧侵蚀的实验与有限元研究[J]. 稀有金属材料与工程, 2009, 38(1): 131-137. [25] 朱艳彩, 王景芹, 王海涛, 等. Bi掺杂纳米AgSnO2的耐电弧侵蚀性能研究[J]. 稀有金属材料与工程, 2013, 42(1): 149-152.
[26] Chunping Wu, Danqing Yi, Wei Weng, et al.Influence of alloy components on arc erosion morphology of Ag/MeO electrical contact materials[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26(1): 185-195.
[27] 王松, 谢明, 李爱坤, 等. 新型Ag-CNTs电接触材料的制备及其性能[J].有色金属科学与工程, 2015, 6(5): 40-44.
[28] Nakagana Y. Theoretical calculation of the Process of contact using one dimensional contact model[C]//8th ICECP, 1976: 216-220.
[29] Kharin S N. Thermocapillary mechanism of contact erosion during arcing[J]. IEEE Electric Contact, 1990, 8: 37-43.
[30] Borkowski P, Walczuk E. Thermal model of short arc between high current
contacts[C]//47th IEEE Holm Conference on Electrical Contact, 2001: 259-264. [31] Borkowski P, Walczuk E, Wojcik-Grzybek D, et al. Electrical properties of Ag-C contact materials containing different allotropes of carbon[C]//56th IEEE Holm Conference on Electrical Contact, 2010: 1-9.
[32] 荣命哲. 电器触点静态电接触热过程的数值分析[J]. 电工技术学报, 1994, 10(3): 34-38.
[33] 吴细秀, 李震彪. 电器电极材料喷溅侵蚀的理论计算[J]. 中国电机工程学报, 2003, 23(6): 96-101.
[34] 陈松, 管伟明, 张昆华, 等. Ag/La2NiO4基电触头使用中温度场的有限元分析和实验研究[J]. 稀有金属, 2008, 32(3): 320-325.
[35] Verma P, Pandey O P, Verma A. Influence of metal oxides on the arc erosion behaviour of silver metal oxides electrical contact materials[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2004, 20(1): 49-52.
[36] 王松, 付作鑫, 王塞北, 等. 银基电接触材料的研究现状与发展趋势[J]. 贵金属, 2013, 34(1): 79-83.
[37] Li Jing, Ma Zhiying. Research on arc erosion of silver-based alloy contact materials under low voltage, resistive load and small current at 400 Hz and 50 Hz[J]. Academic Journal of Xi’an Jiaotong University, 2009, 21(3): 149-154.
[38] Gunther S, Julia S M, Bernd K, et al. On the mechanism of Ag exudation during internal oxidation[J]. Acta Materialia, 2010, 58(6): 2091-2102.
[39] 余海峰, 马学鸣, 朱丽慧, 等. 新型Ag-5%C电接触材料的制备及其电弧磨损特性的研究[J]. 稀有金属, 2004, 28(1): 1-4.
[40] 蒋鹏, 王亚平, 丁秉钧. 碳素形态对Ag/C触头材料组织及性能的影响[J]. 兵器材料科学与工程, 2003, 26(3): 28-30.
2．项目的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键科学问题（此部分为重点阐述内容）；
2.1 研究内容
本项目选用石墨烯作为增强相，采用化学包覆-超声处理-行星式高能球磨制备石墨烯/Ag备复合粉体，再通过等静压和正向热挤压技术，合成新型石墨烯增强银基电接材料，其中石墨烯体积分数分别为1.0%、2.0% 和3.0%。

研究高能球磨和正向热挤压过程中石墨烯银基
复合材料的组织演化规律和界面形成机制；分析石墨烯改善银力学性能的强化机理，建立相应强化公式；分析石墨烯改善新材料耐电弧侵蚀和抗金属转移能力的内在机理，建立描述新材料电接触过程中热、电、力耦合物理场的有限元模型，为此开展的研究内容主要包括：
(1) 研究高能球磨过程中Ag-石墨烯复合粉体的机械合金化进程，多层石墨烯片的纳米化演变，以及石墨烯/Ag两相界面结构；研究正向热挤压时，石墨烯/Ag两相界面的演变机制、复合材料致密化过程以及复合材料微观结构、力学和电学性能。

揭示石墨烯在银基体中的赋存状态及其对复合材料宏观性能的改善原理。

(2) 研究低电压、小电流条件下复合材料的桥转移和电弧侵蚀现象。

分析侵蚀表面的形貌、成分、微观组织结构和侵蚀产物，分析电接触过程中的伏安特性，研究复合材料转移的类型和方向，以及电路通断过程中的电弧特性，确定其影响因素，揭示石墨烯改善新材料耐电弧侵蚀和抗金属转移能力的内在机理。

(3) 基于(1)和(2)的实验结果，获得构建材料电接触过程中热、电、力耦合物理场有限元模型所需的弹性模量、应力应变曲线、电弧的伏安特性、电阻温度系数等相关参数，从而建立表征电接触区域瞬时多场耦合的温度、电流、应力分布的有限元模型，揭示新材料电接触过程温度、电流及应力的分布和演化规律。

2.2 研究目标
项目开展石墨烯银基新型复合材料的合成与耐电弧侵蚀机理研究，目的在于明确石墨烯在银基体中的赋存状态，阐明石墨在提高复合材料的力学性能的同时协调导电导热等物理性能的内在原理，建立强化公式。

同时，通过数值模拟与实验相结合的方法，揭示石墨烯改善新材料耐电弧侵蚀和抗金属转移能力的内在机理，构建表征新材料电接触区域瞬时多场耦合的有限元模型，为石墨烯银基新型电接触材料的合成与应用奠定理论基础。

2.3 拟解决的关键科学问题
(1) 提高石墨烯在银基体中的分散性并建立石墨烯增强银基复合材料的强度的理论公式
石墨烯与银为互不相容、比重和尺寸相差较大的两相，如何将石。