石墨烯增强铜基复合材料研究现状

开发研究
石墨烯增强铜基复合材料研究现状
李涛
(云南经济管理学院，云南安宁650106)
摘要:石墨烯具有独特的整体结构和应用性能，目前已经逐渐成为我国金属类复合材料中应用较为广泛的碳质材料增强体，铜基复合材料因为具有良好的导电、导热性能。

在汽车、航空航天和相关科学领域研究过程中发挥着重要作用。

随着我国经济领域的不断开发，科学领域的不断发展，铜基复合材料的应用需求得到了显著提高，传统的纤维和颗粒状能够有效地增强材料体质，并且能够全面提高材料的整体力学性能，但是由于其导电、导热性较低，在科技研发过程中石墨烯增强铜基复合材料的研究现状，受到了人们的广泛重视,这也是讨论的重点。

关键词:石墨烯;铜基复合材料;研究现状
我们在进行工业生产和材料制作的过程中，需要充分地发挥出石墨烯所具有的性能优势，制造出具有高性能的铜基复合材料，从而助力我国高端科技电子产业的不断发展，本文主要从石墨烯增强铜基复合材料的制备方式和整体性能研究入手，对如何强化机理进行了详细综述，并且分析了在实际应用过程中应采用的强化机制。

1制备方式和整体性能
(1)制备方式。

我们所采用的石墨烯制备方案主要有机械剥离法、化学气相沉积法、氧化石墨还原法。

虽然机械剥离法能够通过简单的方式来制备出具有高品质的石墨烯,但是这种方法的运用对其尺寸很难控制，所生产出来材料整体效率较低,不利于大批量的工业生产,一般情况下,在进行石墨烯制备时，主要是将金属基底放入到高温可分解的甲烷中，通过高温退火来形成石墨烯。

化学气相沉积法能够制备出大尺寸的石墨烯薄膜，其纯度与机械剥离法之间存在异曲同工之妙，适用于当前我国的电子研发领域，但是并不适合增强复合材料。

与之相比，氧化石墨还原法的应用因为其工艺技术较为简便，产量较高是当前石墨烯制备应用最为广泛的方法。

氧化石墨可以充分地利用强氧化剂来对石墨进行氧化，从而得到石墨烯,一般是采用浓硫酸,但是由于浓硫酸所具有的腐蚀性，对石墨的整体结构会造成一定的破坏。

因此主要应用还原方式有化学还原法和热还原法,因为化学还原法所高毒性,在还原的过程中很容易形成不饱和的碳原子，从而不利于石墨烯导电性的保持，热还原法是当前应用最为广泛的方式,能够在惰性的气
体环境下实现加热氧化石墨,得到石墨烯片层O
(2)整体性能。

石墨烯之所以成为铜基复合材料增强最有效地增强体主，要因素就是石墨烯所具有的导电性、导热性,以及最为理想的力学性能,当前在进行石墨烯增强铜基复合材料的整体研究过程中，仍然是以制备方式以及所具有的力学性能提升为主要依据。

首先，采用分子水平混合方式,将石墨烯彻底的分散到铜基体中，在氢气气氛下,通过高温氧化还原的方式来获取还原氧化石墨烯-铜复合粉末，然后通过放电等离子烧结的方式制备出石墨烯铜复合材料,之所以采用这一方式,主要是因为能够通过快速加热和冷却来限制晶粒的成长和扩散，同时得到的材料具有紧密性,是当前制备石墨烯增强铜基复合材料最常用的方式。

通过对得出材料的整体力学性能进行检测，可以得出还原氧化石墨烯的整体体积分数,以复合材料的抗拉强度,通过与纯铜之间进行对比，来得到实验的具体数据，分析实验成果。

2石墨烯增强铜基复合材料的强化机制
当前针对石墨烯增强铜基复合材料强度的整体研究,更多的是关注于材料的整体力学性能的提升，而对于实验过程中的强化机制研究不多，大多数的研究人员都认为石墨烯增强铜基复合材料强化效果的主要因素，是由于金属基体增强体界面之间所实现的应力转移。

经过具体的研究和实验,我们发现增强体是荷载的主要承担者,能够判断机体的屈服强度，与此同时细晶的强化是判断摩擦力和整体斜度的主要途径。

因此需要注意晶粒尺寸的控制。

主要的强化机制就是位错强化，在石墨烯增强铜基复合材料实验的过程中，由于金属的机体和增强体弹性模型之间存在差异性,热膨胀的系数也存在差异，因此在进行制备和材料加工的过程中，会在机体内产生塑性变形。

增强体产生位错,导致强化，在进行强化性能判定的过程中,需要对位错移动的阻碍进行判断，阻碍越大，材料的增强效果越好。

3结束语
与传统的颗粒和纤维增强体相比，对石墨烯增强铜基复合材料的研究还需要进行深入，根据研究结论，石墨烯虽然可以大幅度地全面提高材料的整体性能，但是与理论计算值之间还存在一定的差异性，因此需要进一步了解研究过程中的制备方式、整体性能和强化机制。

参考文献：
⑴岳红彦，高鑫，林轩宇，等.石墨烯增强铜基复合材料的研究
现状⑴胎尔滨理工大学学报,2014,19(5):1-4.
[2]赵亚茹，李勇，李焕.石墨烯增强铜基复合材料的研究进展
[J].表面技术,2016,45(5):33-40.
(收稿日期：2019-08-08)
《湖北农机化》2019年第21期。