石墨烯-铝基复合材料的制备及其性能研究

采用静电自组装法将氧化石墨烯(GO)分散在铝粉中,通过放电等离子烧结(SPS)制备了石墨烯铝基复合材料。采用改进的Hummers方法制备带负电荷的GO片,并用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)处理铝粉以获得表面正电荷。由静电自组装获得的氧化石墨烯-铝粉(GO-Al粉),实现氧化石墨烯在铝粉上的均匀吸附。SPS制备石墨烯铝基复合材料(Gr-Al)的快速烧结过程能够还原氧化石墨烯,同时减少有害碳化物的形成。使用拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行了相关测试,同时研究了Gr-Al复合材料的硬度和导热性能。结果表明,GO片均匀吸附在CTAB包覆的Al粉表面,实现了石墨烯在Al基体中的均匀分散。与铝基体材料相比较,0.2wt%石墨烯铝基复合材料的显微硬度和导热系数均明显提高,显微硬度(45.7 HV)提高41%,导热系数(203 W/(m·K))提高65%。

石墨烯增强铝基复合材料的制备及其性能

采用球磨混粉及放电等离子烧结技术制备不同含量(石墨烯质量分数为0,0.2%,0.5%,0.8%,1.0%)的石墨烯铝基复合材料,利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱表征铝基复合材料的微观组成、缺陷及烧结样品表面元素的化学价态,研究石墨烯含量对铝基复合材料导热性能和显微硬度的影响。结果表明:添加石墨烯后铝基复合材料的显微硬度和导热系数均有提高,导热系数提高更为显著;当石墨烯质量分数为0.2%时,铝基复合材料的显微硬度和导热系数达到最大值,与铝基体材料相比其硬度提高24%,导热系数提高204%;但当石墨烯质量分数继续增加到0.5%,0.8%,1.0%时,铝基复合材料的显微硬度及导热系数并未明显提升,主要原因为随着石墨烯含量的增加,石墨烯片层间的团聚现象加重,从而导致铝基复合材料的显微硬度与导热系数无法再进一步有效提高。