原位生长法制备石墨烯/铜复合材料及其性能研究

发布时间：2023-02-16 17:48

　　铜具有高导电导热性能,易加工切削成型,在电子电器、家居家电、国防工业等领域有着广泛而重要的应用。但铜机械强度低、不耐磨和抗氧化性差,特别是高温抗氧化性限制了铜的应用。早期的研究主要在铜中加入合金相、颗粒和传统的碳材料来提高复合材料的强度和抗氧化性能,但常导致铜最重要的导电性能的降低。随着04年石墨烯在实验室被发现,接着证实其各方面性能都非常优异,高强度(1100 GPa)、高导电(15000 cm2/(V·s))、高导热(6000 W/(m·K))、大比表面积和高温抗氧化性,是非常理想的铜的填料。现有方法制备的复合材料能很大程度的提高复合材料的机械强度,但不能保留铜的高导电导热性,其抗氧化性能的提高也仅限于薄膜。主要源于石墨烯在铜基体上很难均匀分散;铜和石墨烯没有亲和力,界面结合力弱。化学气相沉积能在铜箔上生长高质量的石墨烯,但生长条件约为1000℃,而铜粉在高温下非常容易粘接。论文通过引入分散剂使铜粉隔离,再通过CVD在1000℃生长石墨烯,通过扫描电镜、透射电镜、粒度分析仪、拉曼光谱等对石墨烯进行表征。由热压烧结成型,测试复合材料的密度、导电热性能和机械强度。首次测试了石墨烯/铜块...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 课题背景与意义
    1.2 石墨烯的性能、制备及应用
        1.2.1 石墨烯的简介及性质
        1.2.2 石墨烯的制备方法
        1.2.3 石墨烯的表征
        1.2.4 石墨烯的广泛应用
    1.3 铜及传统复合材料
        1.3.1 铜及合金
        1.3.2 颗粒增强铜基复合材料
        1.3.3 铜基碳复合材料
    1.4 石墨烯铜基复合材料
        1.4.1 石墨烯铜复合材料简介
        1.4.2 机械混合法
        1.4.3 分子级混合方法
        1.4.4 原位生长法
        1.4.5 电化学沉积方法
    1.5 论文主要研究内容
2 实验方案和表征
    2.1 实验材料和设备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验方案
    2.3 表征仪器及性能测试设备
        2.3.1 X射线粉末衍射仪
        2.3.2 场发射扫描电镜
        2.3.3 微米激光粒径仪
        2.3.4 高频红外碳硫分析仪
        2.3.5 共聚焦拉曼光谱仪
        2.3.6 X射线光电子能谱仪
        2.3.7 透射电子显微镜
        2.3.8 光学显微镜
        2.3.9 激光导热仪
        2.3.10 数字便携式涡流电导仪
        2.3.11 材料万能试验机
3 原位生长法制备石墨烯铜粉
    3.1 复合粉体的制备
        3.1.1 分散剂与铜粉的均匀分散
        3.1.2 CVD法制备石墨烯铜粉
        3.1.3 分散剂的去除
    3.2 复合粉体的表征
        3.2.1 粒径分析
        3.2.2 SEM分析
        3.2.3 TEM分析
        3.2.4 XRD分析
        3.2.5 拉曼光谱分析
        3.2.6 XPS分析
    3.3 本章小结
4 石墨烯/铜复合材料的制备和性能测试
    4.1 复合材料制备工艺的优化
    4.2 复合材料的组织和形貌
    4.3 复合材料热学性能
    4.4 复合材料电学性能
    4.5 复合材料机械性能
        4.5.1 拉伸曲线
        4.5.2 断口形貌
    4.6 复合材料抗氧化性能
        4.6.1 接触电阻测试设备及常温下接触电阻
        4.6.2 复合材料高温接触电阻性能
        4.6.3 体相抗氧化性测试
        4.6.4 机理解析
    4.7 本章小结
5 总结和展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表的论文



本文编号：3744222