CN117048137A - 一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117048137A CN117048137A CN202310860074.1A CN202310860074A CN117048137A CN 117048137 A CN117048137 A CN 117048137A CN 202310860074 A CN202310860074 A CN 202310860074A CN 117048137 A CN117048137 A CN 117048137A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- graphene
- composite material
- graphene composite
- strained
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 98
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 92
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 92
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
- B32B7/04—Interconnection of layers
- B32B7/10—Interconnection of layers at least one layer having inter-reactive properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
- B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2250/00—Layers arrangement
- B32B2250/42—Alternating layers, e.g. ABAB(C), AABBAABB(C)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
- B32B2307/202—Conductive
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
- B32B2307/302—Conductive
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法。该制备方法包括：将石墨烯平行定向分散于铜基体中，形成固态样件；对固态样件先加压升温、然后保温保压；再以2‑10℃/s的速率降温至100℃以下，然后以0.5‑5MPa/s的速率卸压，制得应变铜石墨烯复合材料。本发明通过控制相匹配的降温和卸压速率使得铜基石墨烯复合材料中产生应变铜，从而使得铜基石墨烯复合材料的力学性能、导热、导电性能大幅提升。本发明为高强度、高导电铜基复合材料的制备提供了一种新的材料设计思路和工程化技术路线。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
铜是重要的有色金属，也是人类最先发现和最早使用的金属。由于它具有良好的导电性、传热学、延展性、较强的抗拉性和耐腐蚀性，在电力工业、机械制造、国防工业等都有广泛的用途。同时，铜具有储量多、再利用率高等特点，使得铜的成本相对较低，更适于大范围的应用。
虽然铜的电导率(国际退火铜标准中，100％ IACS，5.8×10^7S/m)已经相当高，但仍存在一些方法可以进一步提高它的性能。以下是一些可能的方法：
(1)纯化：通过提高铜的纯度，可以减少杂质和晶界对电导性能的影响。纯化的方法可以包括精炼和冶炼技术的改进，以及使用更高纯度的原料。
(2)合金化：通过添加适当的合金元素，如锡、镍、锆等，可以改善铜的电导性能。这些合金元素可以改变铜的晶体结构和电子结构，从而提高电导率。
(3)压制和变形处理：通过压制和变形处理，可以改变铜的晶体结构和晶界排列，从而提高其导电性能。这些方法可以包括冷加工、挤压、轧制和拉伸等。
(4)导电涂层：通过在铜表面涂覆导电材料，如银、金、铜镍合金等，可以提高其导电性能。这种方法可以在保持铜的基本特性的同时，增加表面导电能力。需要注意的是，尽管这些方法可能提高铜的导电性能，但在实际应用中需要综合考虑成本、可行性和性能要求等因素。此外，不断的科学研究和技术创新可能会引入新的方法和材料，进一步提高铜的电导率，并推动导电材料领域的发展。近年来，以石墨烯为代表的碳材料增强体引入铜基体的研究逐渐兴起。其独特结构所赋予的高强度(抗拉强度～130GPa)、高模量(弹性模量～1TPa)、高电导(电子迁移率～2×105cm2·V-1·s-1)特性，为铜基复合材料保证强度的同时实现更高的电导率提供了契机。
现有技术中公开了较多的铜基石墨烯复合材料的制备工艺，然而这些制备工艺均是针对复合材料的力学性能、导电性能或导热性能中单一性能的诉求提出的，例如CN110079785A公开的制备工艺提高了铜基石墨烯复合材料的电导率；CN113716552A公开的制备工艺提高了铜基石墨烯复合材料的导热性能。
如何提供一种新的简单的铜基石墨烯复合材料的制备方法，使铜基石墨烯复合材料同时兼具优异的力学性能、导电性能和导热性能等多种性能，是本领域研究者们一直以来的共同追求。
发明内容
为解决上述技术难题，特提出本发明。
首先，本发明提供了一种应变铜石墨烯复合材料的制备方法，包括：
将石墨烯平行定向分散于铜基体中，形成固态样件；
对所述固态样件先加压升温、然后保温保压；
再以2-10℃/s的速率降温至100℃以下，然后以0.5-5MPa/s的速率卸压，制得所述应变铜石墨烯复合材料。
本发明发现，通过控制降温卸压速率，能够利用石墨烯和铜基体的力学性能差异，以平行分布的石墨烯片层为应力集中点，诱导石墨烯两侧的铜基体形变过程中发生1nm-100nm晶格畸变，相比于无应变铜，应变铜受到了GPa级压力的作用，晶格间距更小，相对于整个块体，应变铜为电子传输提供了高速的通道，降低了铜的晶格常数，增加了铜原子间的相互作用，从而大幅提升铜本身的电导率，同时，晶格畸变区的存在形成了较大的残余应力，大幅增强了复合材料的力学性能。
当降温速率和卸压速率不匹配，例如若降温速率过快，则会极大增加铜基体组织结构的不均匀性，经过卸压后材料的导电性和力学性能不佳；若降温速率过慢，在卸压阶段也不利于晶格畸变的形成，无法成功诱导应变铜的产生；若卸压速率过快，则不利于材料内部残余应力的保持，若卸压速率过慢，则导致材料内部残余应力过大，从而影响应变铜的形成过程，最终导致材料的力学性能、导热导电性能不佳。
优选地，以5-8℃/s的速率降温至100℃以下，然后以1-2MPa/s的速率卸压，制得所述应变铜石墨烯复合材料。
控制降温卸压速率在上述范围内时，能够进一步提高晶格畸变效应，使得复合材料的导电导热性能以及力学性能进一步大幅提升。
优选地，所述保温保压的温度在700℃以上，压力在100MPa以上。
优选地，所述加压过程中，以0.5-5MPa/s的加压速率加压至100MPa以上；更优选为4-5MPa/s；
和/或，所述升温过程中，以2-10℃/s的升温速率升温至300℃，然后以10-20℃/s的升温速率升温至700℃以上保温保压。
采用上述升温加压的方案时，温度和压力条件能够更好地为石墨烯和铜箔的延展提供界面驱动力，随着温度和压力的持续施加，使得石墨烯和附近的铜基体均处于高能量态，然后再采用上述的降温卸压条件，能够更好地诱导石墨烯-铜界面处的原子产生晶格畸变，并形成压力保持态，使得复合材料的综合性能进一步提升。
在具体实施过程中，在惰性气氛下进行所述升温加压，保温保压，降温卸压处理。惰性气氛包括但不限于氮气、氩气、氢气、真空气氛中的至少一种。
惰性气氛的作用是防止加工过程中铜的氧化。
优选地，所述保温保压0.5-5h，更优选为1-3h。
更优选地，所述加压的最高压力为100-300MPa。
在具体实施过程中，调整温度和压力的设备包括但不限于热压烧结炉、热等静压烧结炉、放电等离子体烧结炉。
优选地，石墨烯片层在铜基体中平行分布，石墨烯片的晶粒尺寸为10-200μm。
优选地，单层石墨烯片层中，石墨烯片的间距小于0.01μm。
在具体实施过程中，将石墨烯在铜基体中平行分散的方法包括：选择化学气相沉积生长的石墨烯铜箔进行堆叠复合、或液相旋涂石墨烯片层在铜箔上，然后进行堆叠复合。
优选地，平行的相邻石墨烯片层之间铜基体的厚度为20-30μm。
优选地，所述应变铜石墨烯复合材料中含有20-50层平行分布的石墨烯片层。
优选地，所述石墨烯为未经化学修饰的石墨烯。
进一步，本发明提供了一种应变铜石墨烯复合材料，其由上述任一实施方案中的制备方法制得。
本发明的应变铜石墨烯复合材料中，应变铜分布在石墨烯片层周边1nm-1μm的范围内，其余部分是无应变的铜基体。
本发明的应变铜石墨烯复合材料中，垂直于石墨烯片层方向的铜基体晶向均为(111)。
进一步，本发明提供了上述应变铜石墨烯复合材料在电力、电子、机械工业领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过控制相匹配的降温和卸压速率使得铜基石墨烯复合材料中产生应变铜，从而使得铜基石墨烯复合材料的力学性能、导热、导电性能大幅提升。本发明的制备工艺简单有效地提高了铜基石墨烯复合材料的力学性能和导热导电性能，易于工业化推广应用。本发明为高强度、高导电铜基复合材料的制备提供了一种新的材料设计思路和工程化技术路线。
附图说明
图1是实施例1中生长在铜箔上的高质量石墨烯薄膜的拉曼区域扫描图和单谱。
图2是实施例1应变铜石墨烯复合材料的结构示意图。
图3是实施例1应变铜石墨烯复合材料的铜/石墨烯界面的微观扫描电镜结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例中未注明具体技术或条件者，均为常规方法或者按照本领域的文献所描述的技术或条件进行，或者按照产品说明书进行。所用试剂和仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
下述实施例中的石墨烯为采用化学气相沉积法制备的未经化学修饰的石墨烯，制备方法参考CN102275907A，拉曼光谱表征结果表征G峰和2D峰明显，D峰相对较低，转移后方阻为300-450欧姆/□。
实施例1
本实施例提供了一种应变铜石墨烯复合材料，其制备方法如下：
(1)采用化学气相沉积法，在25μm的多晶压延铜箔单面生长100％覆盖率的石墨烯，片径10μm，将石墨烯铜箔堆叠40层，形成1mm厚的固态样件，生长在铜箔上的石墨烯薄膜的拉曼区域扫描图和单谱如图1所示。
(2)利用2000T真空热压烧结炉在5％氢气的氩氢混合气的氛围下，以4.5MPa/s的加压速率加压至100MPa，然后以5℃/s的升温速率升温至300℃，然后以14℃/s的升温速率升温至850℃保温保压2h。
(3)以6℃/s的速率降温至100℃，然后以1MPa/s的速率卸压，制得应变铜石墨烯复合材料，结构示意图如图2所示，微观扫描电镜结构图如图3所示。
实施例2
本实施例提供了一种应变铜石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(2)以6MPa/s的加压速率加压至100MPa。
实施例3
本实施例提供了一种应变铜石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(2)以12℃/s的升温速率升温至300℃，然后以22℃/s的升温速率升温至850℃保温保压。
实施例4
本实施例提供了一种应变铜石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(3)以2℃/s的速率降温至100℃，然后以0.5MPa/s的速率卸压，制得应变铜石墨烯复合材料。
实施例5
本实施例提供了一种应变铜石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(3)以10℃/s的速率降温至100℃，然后以5MPa/s的速率卸压，制得应变铜石墨烯复合材料。
对比例1
本对比例提供了一种铜基石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(3)以1℃/s的速率降温至100℃，然后以0.2MPa/s的速率卸压，制得铜基石墨烯复合材料。
对比例2
本对比例提供了一种铜基石墨烯复合材料，制备方法仅与实施例1不同的是：
(3)以15℃/s的速率降温至100℃，然后以10MPa/s的速率卸压，制得铜基石墨烯复合材料。
试验例
对上述实施例和对比例制备的复合材料的电导率、抗拉强度、延展性和导热性进行测试。
其中，电导率的测试依照团体标准《石墨烯-铜薄膜材料电导率测量范德堡法》(T/CSTM 00591 2022)。抗拉强度的测试依照国家标准《金属材料拉伸试验》(GB/T 228.1-2010)。延展性的测试依照国家标准《金属材料拉伸试验》(GB/T 228.1-2010)。导热性的测试依照国家标准《金属高温导热系数测量方法》(GB/T 3651-2008)。
测试结果如表1所示。
表1
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种应变铜石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将石墨烯平行定向分散于铜基体中，形成固态样件；
对所述固态样件先加压升温、然后保温保压；
再以2-10℃/s的速率降温至100℃以下，然后以0.5-5MPa/s的速率卸压，制得所述应变铜石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以5-8℃/s的速率降温至100℃以下，然后以1-2MPa/s的速率卸压，制得所述应变铜石墨烯复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述加压过程中，以0.5-5MPa/s的加压速率加压至100MPa以上；优选为4-5MPa/s；
和/或，所述升温过程中，以2-10℃/s的升温速率升温至300℃，然后以10-20℃/s的升温速率升温至700℃以上保温保压。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征在于，石墨烯片层在铜基体中平行分布，石墨烯片的晶粒尺寸为10-200μm，优选地，单层石墨烯片层中，石墨烯片的间距小于0.01μm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，平行的相邻石墨烯片层之间铜基体的厚度为20-30μm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述应变铜石墨烯复合材料中含有20-50层平行分布的石墨烯片层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为未经化学修饰的石墨烯。
8.一种应变铜石墨烯复合材料，其特征在于，其由权利要求1～7中任一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的应变铜石墨烯复合材料，其特征在于，垂直于石墨烯片层方向的铜基体晶向均为(111)；应变铜分布在石墨烯片层周边1nm-1μm的范围内。
10.权利要求8或9所述的应变铜石墨烯复合材料在电力、电子、机械工业领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310860074.1A CN117048137A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310860074.1A CN117048137A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117048137A true CN117048137A (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=88654284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310860074.1A Pending CN117048137A (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117048137A (zh) |
-
2023
- 2023-07-13 CN CN202310860074.1A patent/CN117048137A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105714139B (zh) | 铜-石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN111145960B (zh) | 一种高强高导铜基复合材料及其制备方法 | |
| CN110331316B (zh) | 一种高强耐热石墨烯铝复合导体材料及制备方法 | |
| KR101688732B1 (ko) | 2 차원 육각형 격자 화합물 제조용 압연 동박 및 2 차원 육각형 격자 화합물의 제조 방법 | |
| CN114134385B (zh) | 一种难熔中熵合金及其制备方法 | |
| CN114953620A (zh) | 热压烧结和化学气相沉积相结合的石墨烯铜复合材料的制备方法 | |
| CN110923591B (zh) | 一种石墨烯的制备方法及其应用 | |
| CN117048137A (zh) | 一种应变铜石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN110066939B (zh) | 一种高强度高电导率铜铬锆合金及其低温变形制备方法 | |
| CN111593227A (zh) | 一种高导电高强铜铁钙合金及其制备方法 | |
| KR101417999B1 (ko) | 동복알루미늄 선재 제조방법 | |
| CN112342431B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Cu合金及其制备方法 | |
| CN112195366B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Ag合金及其制备方法 | |
| CN112342433B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-W合金及其制备方法 | |
| CN112063892A (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Mn合金及其制备方法 | |
| CN112195367B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Co合金及其制备方法 | |
| CN114990376B (zh) | 一种三元高强高导铜合金及其制备方法 | |
| CN112251644B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti6Al4V-Ag合金及其制备方法 | |
| CN112342432B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-W合金及其制备方法 | |
| CN112195368B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Ni合金及其制备方法 | |
| CN112063890B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Ag合金及其制备方法 | |
| CN112251638B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Cu合金及其制备方法 | |
| CN112342435B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Zr-Ni合金及其制备方法 | |
| CN112251637B (zh) | 一种高热稳定性等轴纳米晶Ti-Fe合金及其制备方法 | |
| CN112322930B (zh) | 一种低温超塑性钛合金板、棒材及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |