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石墨烯納米片,石墨烯，氧化石墨烯鋁基復合材料誰更勝一籌？

鋁基復合材料具有高比強度，優(yōu)異的導熱、導電性，良好的延展性等優(yōu)點。在汽車、航空航天、電子和光學儀器等領域有著非常廣泛的應用。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體來增強鋁基復合材料，用以提高鋁基復合材料的綜合性能。經(jīng)石墨烯增強的鋁基復合材料的耐磨性、導熱性以及強度等都有顯著提升。目前，石墨烯增強鋁基復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)生反應產(chǎn)生碳化物（Al₄C₃）。常用的石墨烯及其衍生物作為金屬基復合材料的增強體材料有3種，即石墨烯，氧化石墨烯以及石墨納米片。

  增強體材料

目前的研究中，常用的石墨烯及其衍生物作為金屬基復合材料的增強體材料有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)異的導電性、導熱性和力學性能。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小，這賦予了石墨烯增強鋁基復合材料優(yōu)異的力學性能。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金屬基復合材料的。

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，而羧基、羰基多分布于邊緣。含氧官能團的存在，使得氧化石墨烯可以很好地分散在水系溶液中。同時，含氧官能團的存在以及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。大部分石墨烯增強鋁基復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。石墨納米片由于優(yōu)異的電、熱、力學性能，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合材料的增強體材料。

2 復合粉體的制備

不管是哪種材料都會遇到兩個問題，那就是在增強鋁基復合材料的過程中，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鋁基復合材料的綜合性能，石墨烯均勻分散在鋁基體中成為了關鍵因素之一。常用的分散方法可分為物理方法和化學方法兩種。

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