近年來，石墨烯/銅(Gr/Cu)復(fù)合材料在各個領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。在實際應(yīng)用中，石墨烯可以影響金屬材料在變形過程中的微觀結(jié)構(gòu)，從而改變其宏觀性能。因此，研究石墨烯在金屬中的變形行為具有十分重要的意義。在本研究中，對純銅(純Cu)和Gr/Cu復(fù)合材料進(jìn)行了對比研究，重點研究了晶粒之間的相互約束和晶粒內(nèi)變形行為。軋制后，純Cu晶粒在晶粒內(nèi)的取向差異較大，而Gr/Cu復(fù)合材料在晶粒內(nèi)的取向更均勻。這種差異是由于石墨烯片層間滑移機(jī)制影響了晶粒的滑移和旋轉(zhuǎn)，從而影響了晶粒內(nèi)部的晶粒取向展布(GOS)。本研究揭示了石墨烯在Gr/Cu復(fù)合材料變形中的關(guān)鍵作用，從而為理解和優(yōu)化材料的變形行為提供了關(guān)鍵見解。
圖1. (a) 純 Cu 和 (b) Gr/Cu 復(fù)合材料的反極圖 (IPF)。(c) 純 Cu 和 (d) Gr/Cu 復(fù)合材料的晶粒取向分布 (GOS) 圖反映了晶粒內(nèi)的晶體取向。(e) 純 Cu 和 (f) Gr/Cu 復(fù)合材料的 GOS 值的統(tǒng)計分析。
圖2. (a) 從純 Cu 中選取的具有較大變形的代表性晶粒。圖(b) 是 圖(a) 中晶粒的極坐標(biāo)圖的散點圖。(c) 從 Gr/Cu 復(fù)合材料中選取的晶粒變形比例相對較大的代表性晶粒。圖(d) 是 圖(c) 晶粒的極坐標(biāo)圖的散點圖。
圖3. (a) 純 Cu 和 (b) Gr/Cu 復(fù)合材料的 {111} <110> 和 {111} <211> 的 Schmid 因子圖。(c) 純 Cu 和 Gr/Cu 復(fù)合材料的 Schmid 因子分布統(tǒng)計。
圖4. (a) 純 Cu 和 (b) Gr/Cu 復(fù)合材料的 TEM 明場圖像。
圖5. (a) 純 Cu 的 HRTEM 圖像。圖(b) 和 圖(c) 是 圖(a) 實線框區(qū)域的放大視圖，顯示純 Cu 中的堆垛層錯。
圖6. (a) 燒結(jié)態(tài) Gr/Cu 復(fù)合材料中石墨烯層數(shù)約為 8-10 層。(b) 軋制態(tài) Gr/Cu 復(fù)合材料中石墨烯層數(shù)約為 2-5 層。(c) 具有多層和少層部分的石墨烯片。圖(d) 和 圖(e) 是 圖(c) 黃色框內(nèi)的放大圖和應(yīng)力場圖。
圖7. （a）無約束條件下滑移系 (m, n) 上初始晶粒的變形。（b）約束條件下純 Cu 晶粒的變形。（c）約束條件下 Gr/Cu 復(fù)合晶粒的變形。
圖8. （a）無約束條件下滑移系 (m, n) 上初始晶粒的變形。（b）約束條件下純 Cu 晶粒的變形。（c）約束條件下 Gr/Cu 復(fù)合晶粒的變形。
相關(guān)研究成果由哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、金屬精密熱加工國家級重點實驗室Yingying Zong課題組于2024年發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174142 )上。原文：The role of graphene interlayer slipping on the deformation behavior of graphene/copper composite
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
