碳納米材料,包括一維結構的碳納米管(CNTs)和二維結構的石墨烯(GP),具有高彈性模量,高抗拉強度,優(yōu)異的導電、導熱性能等,因此它們被視為理想的增強體材料之一。然而,由于碳納米材料自身因范德華力極易團聚,且與銅(Cu)基體的相容性和潤濕性差使其界面結合不牢固等問題,導致其增強Cu基復合材料的強化效果不明顯。鑒于此,本文以碳納米材料增強Cu基復合材料的結構設計、分散性、界面結合為出發(fā)點,開展碳納米材料增強Cu基復合材料的制備、微觀結構和宏觀性能的研究。實驗結果表明:(1)以具有一定方向性的CNTs薄膜為基板,在其表面進行電沉積Cu,從而制備出Cu/CNT/Cu結構的層狀復合材料。研究制備工藝,包括:電鍍液、電流密度、沉積電量、CNTs薄膜表面預處理等手段,對復合材料電學性能的影響。當采用氧化處理的CNTs在BAPB電鍍液中電流密度為1mA·cm~(-2)、沉積電量為50C·cm~(-2)時,制備的CNTs/Cu復合材料的電學性能最好,其導電率達到4.09×10~5S·cm~(-1),載流量達到1.54×10~4A·cm~(-2)。(2)采用電沉積法和放電等離子燒結(SPS)相結合制備出層狀(CNTs-Cu)/Cu復合材料,研究電流密度對復合材料力學性能的影響。當電流密度為1A·dm~(-2)時,復合材料的屈服強度和抗拉強度相比與純Cu分別提高了146%和36%,斷裂延伸率超過20%。(3)以網(wǎng)絡狀的CNT-還原氧化石墨烯(RGO)混合結構為增強體,采用粉末冶金法制備CNT-RGO/Cu復合材料,研究不同比例、成分的CNT-RGO混合結構對Cu基復合材料力學性能的影響。網(wǎng)絡結構的CNT-RGO混合結構能夠有效提高碳納米材料在Cu基中的強化效率,通過強化機制分析,表明強化效率的提高主要來源與載荷轉移作用。一方面在混合結構中其分散性得到優(yōu)化;另一方面在CNT-RGO結構中載荷不僅能從界面處得到傳遞,而且能在CNT-RGO內部得到有效傳遞。(4)采用納米Cu粉與不同表面狀態(tài)的CNTs超聲分散并結合SPS制備出CNTs/Cu復合材料,研究CNT/Cu界面結構對材料力學性能的影響。對CNTs表面進行預處理能夠有效增強CNT/Cu界面結合強度,界面過渡區(qū)、界面氧原子、原位生成的碳化物均能有效的改善Cu與CNTs之間的界面結合,從而提高復合材料的強度。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

圖 1.1 碳納米管(CNTs)結構示意圖：(a)SWCNT；(b)MWCNT。Fig.1.1 Schematic illustration of CNTs: (a)SWCNT；(b)MWCNT.s 石墨薄片卷曲的層數(shù)，CNTs 可以分為單壁 CNTs()[8]，如圖 1.1 所示。SWCNTs 是由單層的石墨薄片卷曲而

陷示意圖：(a)單原子空位；(b)雙原子空位；(c)單原子空位缺陷結空位缺陷結構轉變。matic illustration of atomic vacancy defect: (a) single atom vacancy; (b)of single atom vacancy defects; (d) structural transformation of diatomic

缺陷示意圖：(a)單原子空位；(b)雙原子空位；(c)單原子空位缺陷結構空位缺陷結構轉變。hematic illustration of atomic vacancy defect: (a) single atom vacancy; (b); (n of single atom vacancy defects; (d) structural transformation of diatomic v為多元環(huán)缺陷。拓撲缺陷則是指在 CNTs 管壁六邊形網(wǎng)絡結構環(huán)，這兩種缺陷能夠分別引起 CNTs 管壁的正彎曲和負彎曲（如布能夠決定 CNTs 的形狀。

【參考文獻】

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本文編號：2816672