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新方法制造高性能石墨烯/铜复合材料


纯铜虽具备优异导电性,但强度偏低限制了其在众多工程领域的应用;同时,纯铜热稳定性较差,难以适用于高温工况环境。因此,实现铜基复合材料综合性能的协同平衡,已成为近年来材料领域的研究前沿与热点。其中,石墨烯凭借优异的面内导电性能与力学特性,被视作铜基复合材料理想的增强相:其强度可达130 GPa、模量高达 1 TPa,导电率达100 MS/m、热导率约5000 W/(m·K),电子迁移率超15000 cm2/(V·s),且具备良好高温服役性能。石墨烯/铜复合材料因此受到广泛关注,有望打破综合性能失衡这一制约行业发展的瓶颈。

然而,当前仍存在核心技术难题:石墨烯易发生堆叠团聚,且与铜基体界面结合性较差,难以充分发挥其本征优异性能,现有石墨烯/铜复合材料的性能提升效果仍十分有限。造成上述性能瓶颈的核心原因在于:石墨烯多富集分布于铜晶界处,仅能强化晶界区域,晶粒内部的增强潜力未得到充分利用,致使整体强度提升幅度有限;同时,石墨烯与铜基体界面结合较弱、电子散射加剧,进一步造成复合材料导电率与塑性下降。随着研究深入,业界亟需创新设计思路,以进一步提升石墨烯/铜复合材料综合性能。

针对上述问题,河南科技大学张毅、周孟研究团队以α-萘酚为固态碳前驱体,在铜粉表面原位生长石墨烯制备石墨烯/铜复合粉体,经热等静压致密化后,再进行动态塑性变形处理。动态塑性变形过程中,石墨烯被逐步拉长、减薄甚至破碎,进而部分向铜晶粒内部渗透。与此同时,石墨烯-铜界面附近生成变形孪晶、多层堆垛层错(MSFs)及9R相等晶体缺陷。该微观组织协同赋予复合材料490.9 MPa的高抗拉强度、导电率85.6% IACS,以及高于400℃的优异软化温度。但高强度是以牺牲塑性为代价,初始制备态下断裂伸长率仅0.1%,塑性不足限制了其工程应用场景。经 300℃退火保温20分钟后,复合材料断裂伸长率提升至17.3%,且强度与硬度仅小幅下降。此外,借助密度泛函理论计算深入阐释了石墨烯的生长机理,并对石墨烯在石墨烯/铜复合材料中的作用进行了理论计算与分析。本研究为制备综合性能优异的高性能石墨烯/铜复合材料提供了一种新颖且简便的工艺途径。

相关研究成果“Synergistic strengthening in graphene/Cu composites: Simultaneously achieving high strength, high electrical conductivity, and superior thermal stability via dynamic plastic deformation”发表在《Materials Characterization》期刊。

信息来源:Carbontech




2026中国国际石墨烯创新大会

11月13-15日 中国·温州

“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟(CGIA)和正泰集团联合主办,将于2026年11月13-15日在温州市(乐清)举办。大会聚焦石墨烯应用市场,着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作,推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。


点击下方链接,了解大会详情:

??官宣 | 关于召开2026中国国际石墨烯创新大会的通知

??重磅征稿|2026 中国国际石墨烯创新大会论文征集通知

??报名通道已开启 | 2026中国国际石墨烯创新大会火热报名中~

??展商招募 | 2026中国国际石墨烯材料应用博览会


会务组电话:

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