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石墨烯納米片,石墨烯，氧化石墨烯鋁基復(fù)合材料誰更勝一籌？

鋁基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，良好的延展性等優(yōu)點(diǎn)。在汽車、航空航天、電子和光學(xué)儀器等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著石墨烯及其衍生物的發(fā)現(xiàn)，越來越多的研究者將其用作增強(qiáng)體來增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，用以提高鋁基復(fù)合材料的綜合性能。經(jīng)石墨烯增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料的耐磨性、導(dǎo)熱性以及強(qiáng)度等都有顯著提升。目前，石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究主要集中在如何使石墨烯在鋁基體中均勻分散，以及如何避免鋁基體和石墨烯因接觸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生碳化物（Al₄C₃）。常用的石墨烯及其衍生物作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體材料有3種，即石墨烯，氧化石墨烯以及石墨納米片。

  增強(qiáng)體材料

目前的研究中，常用的石墨烯及其衍生物作為金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體材料有3種，即石墨烯，氧化石墨烯以及石墨納米片。

1 石墨烯

石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。石墨烯中碳原子的sp2雜化使其具有優(yōu)異的面內(nèi)彈性模量（0.5～1.0 TPa）和抗拉強(qiáng)度（130 GPa）。石墨烯納米級的尺寸與合金中的大部分沉淀相大小相比更加細(xì)小，這賦予了石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能。由于石墨烯表面的疏水特性，僅有少量的研究是直接利用石墨烯來制備石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的。

2 氧化石墨烯

氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，具有很強(qiáng)的柔性。單層氧化石墨烯是碳原子通過sp2雜化形成以苯環(huán)為基本單元的骨架結(jié)構(gòu)，片層上存在環(huán)氧、羥基等含氧官能團(tuán)，而羧基、羰基多分布于邊緣。含氧官能團(tuán)的存在，使得氧化石墨烯可以很好地分散在水系溶液中。同時(shí)，含氧官能團(tuán)的存在以及π-π鍵的堆積作用，為氧化石墨烯與其他物質(zhì)結(jié)合提供了優(yōu)良位點(diǎn)。大部分石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料都以氧化石墨烯或改性的氧化石墨烯作為原料。

3 石墨納米片

石墨納米片是由層疊的石墨烯層（約10～30層）組成，在弱范德華力下相互黏結(jié)。石墨納米片具有易制備和成本低的優(yōu)點(diǎn)。石墨納米片由于優(yōu)異的電、熱、力學(xué)性能，高比表面和低密度，可以克服傳統(tǒng)材料的性能限制，因此常被用作鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)體材料。

2 復(fù)合粉體的制備

不管是哪種材料都會遇到兩個(gè)問題，那就是在增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的過程中，一方面由于石墨烯片之間的范德華力，石墨烯會在加工過程中團(tuán)聚；另一方面，由于石墨烯與鋁表面存在大的潤濕角，直接影響石墨烯在鋁基體中的均勻分散。因此，為了提高石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的綜合性能，石墨烯均勻分散在鋁基體中成為了關(guān)鍵因素之一。常用的分散方法可分為物理方法和化學(xué)方法兩種。

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