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石墨烯在金屬?gòu)?fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用

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石墨烯在金屬?gòu)?fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用

發(fā)布日期:2018-10-10 作者: 點(diǎn)擊:

       石墨烯是由單層碳原子以正六邊形緊密排列成蜂窩狀的二維平面結(jié)構(gòu),其二維結(jié)構(gòu)使石墨烯具有大的比表面積以及優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能,以上諸多特性使石墨烯在金屬?gòu)?fù)合材料中有著廣泛的應(yīng)用。

  一方面,以石墨烯為載體負(fù)載金屬納米顆粒。金屬納米顆粒特別是貴金屬納米顆粒具有很好的穩(wěn)定性和催化活性等,廣泛應(yīng)用于催化劑、傳感器等領(lǐng)域。但隨著尺寸的減小,其表面能增加會(huì)導(dǎo)致顆粒之間容易發(fā)生團(tuán)聚,而以石墨烯為模板負(fù)載金屬納米顆粒,可以起到物理隔離作用,防止顆粒的團(tuán)聚,增強(qiáng)其活性。另外石墨烯可以和金屬納米顆粒進(jìn)行耦合,可控地組裝成三維結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)材料的多功能應(yīng)用。同時(shí)能夠降低貴金屬的含量,降低制備成本。在此項(xiàng)研究中,除了要解決石墨烯自身的制備成本及量產(chǎn)技術(shù)外,主要的問題是如何更準(zhǔn)確地控制金屬納米顆粒在石墨烯表明的分散程度和尺寸分布,從而提高其活性面積和反應(yīng)性能。

  另一方面,將石墨烯片層結(jié)構(gòu)添加到金屬基體中,可在很大程度上提高金屬材料的力學(xué)性能,同時(shí)不影響甚至改善材料的熱學(xué)性能和電學(xué)性能,此類材料為石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。此復(fù)合材料具有低密度、高強(qiáng)度等特點(diǎn)可廣泛應(yīng)用于航空航天、輕汽車配件等。然而,如何將石墨烯片層均勻分散到金屬基體中,同時(shí)使石墨烯和金屬間形成良好的接觸界面且不破壞石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)成為研究的難點(diǎn)。目前相關(guān)工作集中在石墨烯增強(qiáng)鋁、鎳、銅等復(fù)合材料。


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