石墨烯與金屬合成超強(qiáng)復(fù)合材料

日前，韓國科學(xué)技術(shù)院的研究人員創(chuàng)造出金屬和石墨烯的成層結(jié)構(gòu)，得到由石墨烯與銅、鎳形成的復(fù)合材料。該材料在硬度方面超過純金屬材料幾百倍，其強(qiáng)度是純銅材料的500倍，是純鎳材料的180倍。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)布在Nature Communications在線期刊上。

此前，美國軍隊軍備研發(fā)和工程中心也曾開發(fā)出一種石墨烯金屬納米材料，但在提高材料強(qiáng)度方面卻是失敗的。為了使石墨烯金屬納米材料的強(qiáng)度最大化，韓國科學(xué)技術(shù)院的研究團(tuán)隊使用化學(xué)氣相沉積(CVD)在金屬沉積襯底上生長出單層石墨烯，然后再沉積上金屬單層，通過重復(fù)這些步驟，最終得到石墨烯金屬多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。

通過透射電鏡、分子動力學(xué)模擬等微觀壓縮試驗(yàn)顯示，晶面間距為70nm的銅—石墨烯多層材料，拉伸強(qiáng)度是純銅的500倍(1.5 GPa)；鎳—石墨烯多層材料的晶面間距為100 nm，拉伸強(qiáng)度是純鎳的180倍(4.0 GPa)。晶面間距與材料強(qiáng)度之間存在顯著關(guān)聯(lián)：間距越小，使得位錯運(yùn)動越難，從而提升了材料強(qiáng)度。該復(fù)合材料表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)金屬—金屬多層次材料的強(qiáng)度。如果該工藝應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界，將使得汽車及飛機(jī)的質(zhì)量更輕、燃油效率更高。此外，還可用作核反應(yīng)堆等的涂層。