石墨烯被认为是一种可以提高铝强度和导电性的有效填料，但铝与石墨烯在高温下的反应是不可避免的。在本研究中，通过调节烧结温度，在铝和石墨烯之间生成了不同的界面产物，并研究了它们对石墨烯/铝复合材料力学和电学特性的影响。石墨烯上的铜包覆被用于隔离石墨烯与铝的直接接触以及导电。铜包覆石墨烯增强铝基复合材料的合成涉及几个步骤，包括电化学剥离、化学沉积、机械球磨和高压烧结。结果表明，铜纳米颗粒与铝之间形成的固溶体促进了与石墨烯之间的强界面结合，导致复合材料的电导率与原始铝基体相比提高了22.76 %。此外，通过减少碳化铝的形成，石墨烯的加入使复合材料的抗拉强度达到404 MPa，比铝基体显著提高了88.8%。
图1. (a)原石墨箔的FE-SEM图像；(b)剥离石墨烯的TEM图像；(c)镀铜石墨烯的FE - SEM图像；(d)原铝粉的FE-SEM图像; (e)复合粉的扫描电镜图像；(f) 原石墨箔、剥离石墨烯、铜涂层石墨烯和复合粉末的拉曼光谱。
图2. 不同烧结温度下铜涂层石墨烯增强铝复合材料的应变-应力曲线(a)和电导率(b)。
图3. 不同烧结温度下的纯铝和复合材料的断裂形貌：( a )纯铝;( b )570◦C下烧结的复合材料；( c )600◦C下烧结的复合材料；( d )630◦C下烧结的复合材料。
图4. 不同温度烧结下复合材料的XRD光谱(a)和Raman (b)光谱。
图5. 在570◦C温度下烧结的复合材料(a)TEM图像和(b) HAADF-STEM图像；(c)图(b)中标记方框区域的HR TEM图像；(d-f)图a区域的EDS映射图像。
图6. 在600◦C温度下烧结的复合材料(a)TEM图像和(b) HAADF-STEM图像；(c)图b中红色箭头区域的HRTEM图像；(d,e,f)图a区域的EDS映射分析。
图7. 630℃温度下烧结的复合材料的TEM图像。
图8. 石墨烯和铜涂层石墨烯的紫外光电子能谱表征。
图9. 基于第一性原理计算的Al ( 111 ) /双层石墨烯/ Al ( 111 )和Cu ( 111 ) /双层石墨烯/ Cu ( 111 )两种模型体系中相邻原子对双层石墨烯(含有两个碳原子)中原胞的电子掺杂浓度模型。双层石墨烯以AB堆积构型排列，其中白色和灰色球分别代表Al ( 111 ) /石墨烯双层/ Al ( 111 )模型体系中的铝( Al )和碳( C )原子。黄色和灰色球分别代表Cu ( 111 ) /石墨烯双层/ Cu ( 111 )模型体系中的铜( Cu )和碳( C )原子。
|
京公网安备