石墨烯增强铜基复合材料研究进展

蔡粮臣，贾均红，杨鑫然，孙 航，沈明杰，何乃如，杨 杰

(陕西科技大学 机电工程学院，西安 710021)

铜具有高导电、导热性和良好的耐腐蚀性能，广泛使用在电子电器，航空航天等领域。但较差的机械性能与摩擦学性能限制了它的进一步应用，因此，需要对其复合来应对不同的使用环境。石墨烯是一种独特的二维结构材料，杨氏模量可达到1.0 TPa，断裂强度高达130 GPa。优异的力学性能和良好的导电、导热性能使其被作为增强相广泛应用于金属材料，并用以改善传统工业中金属材料的不足[1-2]。由石墨烯增强的铜基复合材料被证实具有良好的力学、导电导热以及摩擦学性能[3-4],但石墨烯大的比表面积和层间范德华力使其容易产生团聚，在基体中无法均匀分散，从而影响复合材料的力学性能[5]。石墨烯与铜润湿性差，界面上不发生化学反应，二者之间仅是简单的机械结合，无法形成强界面结构[6-7]。本文综述了近3年石墨烯在铜金属中的应用与研究,主要集中在复合材料的制备方法、界面反应、增强机理以及摩擦学性能与润滑机理[8-11]，并对未来的发展趋势进行了展望。

1 石墨烯增强铜基复合材料的制备

1.1 石墨烯在铜基体中的分散

石墨烯因其大比表面积、高表面能，容易发生相互聚集[12]。在制备复合材料的过程中，石墨烯片层之间存在的范德华力以及石墨烯与铜之间巨大的密度差异，使其无法在铜基体中均匀分散，从而产生团聚[13-14]。烧结时，团聚的石墨烯会在复合材料内部形成障碍并阻止基体材料流入，导致内部出现孔隙，这对材料的机械性能会产生恶性影响[15]。……