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1、硕士学位论文石墨烯/铜复合材料的改进分子级混合方法制备、表征及其性能研究PREPARATION CHARACTERIZATION ANDPROPERTITY RESEARCH OFGRAPHENE/COPPER COMPOSITES BYMODIFIED MOLECULAR LEVEL MIXINGMETHOD李瑞宇哈尔滨工业大学2013 年 7 月国 内 图 书 分 类 号 ： TB331 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 621 密 级 ： 公 开工学硕士学位论文石 墨 烯 /铜 复 合 材 料 的 改 进 分 子 级 混 合 方 法制 备 、 表 征 及 其
2、性 能 研 究硕 士 研 究 生 ： 李 瑞 宇导 师 ： 王 黎 东 副 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 材 料 物 理 与 化 学所 在 单 位 ： 材 料 科 学 与 工 程 学 院答 辩 日 期 ： 2013 年 7 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TB331U.D.C: 621Dissertation for the Master Degree in EngineeringPREPARATION CHARACTERIZATION ANDPROPERTITY RESEARCH OFGRAPHENE/COPP
3、ER COMPOSITES BYMODIFIED MOLECULAR LEVEL MIXINGMETHODCandidate：Supervisor：Academic Degree Applied for：Speciality：Affiliation：Date of Defence：Li RuiyuAssociate Prof. Wang LidongMaster of EngineeringMaterials Physics and ChemistrySchool of Materials Science andEngineeringJuly, 2013Degree-Conferring-In
4、stitution： Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘 要随着社会的发展，对材料的高强、高导性能的要求不断提高，虽然纯铜具有良好的导电性和成型性，但强度较低，限制了其应用领域，而复合材料化是获得高强高导铜材料最可行手段之一。石墨烯是目前已知强度最高和电阻率最低的材料，这使得它成为非常理想的增强体。因此 利用石墨烯的高强度、高导性等优点和铜结合制备成石墨烯/铜复合材料有望成为新一代高强高导铜材料。本 文 以 本 组 前 期 工 作 为 基 础 ， 利 用 改 进 的 分 子 级 混 合 方 法 （ ModifiedMolecular-L
5、evel Mixing Method, MMLM）制备复合粉体，利用粉末冶金技术制备石墨烯/铜复合材料，在系统表征和多参数优化的基础上获得了具有良好的强度和导电性能的复合材料。文中选用氧化石墨烯片（Graphene Oxide）和氧化石墨粉末（Graphite Oxide）作为增强体原料。本文在提高还原温度和增强高温析氢过程等方面对 MMLM法进行再次改进，形成 IMMLM 法，采用真空热压烧结(HP)和电火花烧结（SPS）两种粉末冶金制备工艺制备复合材料。利用 zeta 电位和粒径测量、X 射线衍射（XRD） 、拉曼光谱（RAMAN） 、扫描电子显微镜（SEM） 、电子万能测试机、电阻测试仪
6、和恒电位仪等分析测试手段对增强体原料、复合粉体和复合材料进行表征分析和性能测试。本文获得以下研究结果：首先，氧化石墨烯片比氧化石墨粉末溶液稳定性好，因此其制备的石墨烯/铜复合材料获得了相对优异的综合性能。其次，提高还原温度和增加了高温析氢过程，有效提高了材料的导电性和耐腐蚀能力。并且两种粉末冶金制备工艺中，通过 SPS 法获得的复合材料，其致密度较高，拥有较优异的导电、力学和耐腐蚀性能。最终，采用 IMMLM&SPS 法制备的复合材料获得了良好的综合性能，其中IMMLM&SPS/550(GNO)样品相对于本组前期工作中制备的综合性能最优异的MMLM&SPS/2.4 样品，其导电性能大幅提升了
7、75%。关键词：石墨烯；氧化石墨；铜基复合材料；电导率-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWith the development of society, the requirement of high strength andconductivity materials is increasing. Although, copper has good electricalconductivity and formability, the lower strength limits its applications. In order toget copper material
8、 with high strength and conductivity, the best feasible way isthrough the way of prepare copper matrix composites. So far, Graphene has thehighest strength and lowest resistivity which make it become an ideal reinforcement.Therefore, the Graphene/Copper composite is expected to become a newgenenrati
9、on of copper material with high strength and conductivity properties.Based on previous work in our group, we used the modified molecular levelmixing(MMLM) method to prepare composite powder, then fabricateGraphene/Copper composites by powder metallurgy techniques. Finally, we get thecopper composite
10、s with high conductivity and good stength on the base of systemcharacterization and multi-parameter optimization.In this thesis, we used the Graphene Oxide and Graphite Oxide as the rawmaterials of reinforcement. We inproved the MMLM method by increase thereduction temperature and add the hydrogen e
11、volution process, which named asIMMLM method. Then, we used HP and SPS method to manufacture theGraphene/Copper composite. Zeta potential and Size analyzer, X-raydiffration(XRD), Raman spectroscopy(RAMAN), scanning electronmicroscope(SEM), electronic universal testing machine, resistivity testing ma
12、chine,potentiostat and so on to analyze characterizations and test performances of graphiteoxide、composite powder and composites.The results show that, firstly, because of the solution of Graphene Oxide isstabler than Graphite Oxide, as a result, the composites which fabricated byGraphene Oxide have
13、 a better performance.Secondly, the hydrogen evolution process and higher reduction temperature caninprove the electrical conductivity and corrosion resisitance of composite materialeffectively. And between the powder metallurgy techniques we used, the compositeswhich manufatured by SPS have higher
14、desity, and good electrical conductivity 、good corrosion relatively.Finally ， composites prepared by IMMLM&SPS method have better overallperformance. Compared with the MMLM&SPS/2.4 sample which fabricated in theprevious work of our group, the IMMLMSPS/550(GNO) sample enhanced theelectrical conductivity by 75%.Keywords: graphene, grephene oxide, Cu matrx composite, conductivity- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目 录摘 要. IABSTRACT. II第 1 章 绪 论. 11.1 课题背景 及研究的目 的和意义. 11.2 石墨烯及 其复合材料 . 21.2.1 石墨烯 的发现.
