《高強高導電層狀CNTs/Cu複合材料的製備與性能研究》是依託昆明理工大學，由陶靜梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高強高導電層狀CNTs/Cu複合材料的製備與性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陶靜梅
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬採用高能球磨工藝結合放電等離子燒結技術，製備碳納米管增強銅基複合材料，並創新性地採用累積疊軋的方法對燒結後的複合材料繼續進行大塑性變形，以期獲得具有高強度和高導電性的碳納米管在二維平面沿軋制方向均勻分布的層狀碳納米管/Cu複合材料。分別研究（1）碳納米管表面化學鍍鎳工藝、銅粉的顆粒尺寸、球磨及燒結工藝參數等對碳納米管在基體中的分散性及其與基體間的界面結合強度的影響；（2）累積疊軋後的層狀結構對碳納米管的分布及排列的影響；（3）累積疊軋後界面的空間分布及組織的排列方式對複合材料力學性能及導電性能的影響。通過對微觀結構的控制，調控複合材料的力學性能及導電性能，並分別建立微觀結構與力學性能及導電性能之間的定量關係，從而揭示複合材料的強化機制與導電機制，為製備具有高強度及高導電性等優良綜合性能的碳納米管/Cu複合材料提供實驗證據和理論基礎。
結題摘要
採用不同的方法製備了碳納米管（CNTs）增強Cu基複合材料。 以碳納米管（CNTs）薄膜為模板，在不同的鍍液中用電沉積法製備了層狀合Cu/CNT/Cu複合材料。對複合材料微觀結構的觀察結果表明，Cu晶核可以滲入CNTs薄膜的孔隙中，在CNTs薄膜與Cu鍍層之間形成界面過渡層。分析了Cu鍍層在不同鍍液中的電沉積行為。電導率測試結果表明，在退火前，酸性鍍液中製備的複合材料電導率最高。在900℃退火2h後，所有試樣的電導率都大幅增加，酸性電鍍液中製備的複合材料的電導率達到2.02×105 S·cm-1。退火過程有利於界面過渡層中孔隙的擴散和湮滅，在退火過程中產生的內應力也可以通過退火釋放。提出了一種簡單的準經典模型來計算複合材料的電阻。用四點探針法測得的複合材料的電阻值與計算值接近，表明該模型用於描述複合材料的電阻是可行的。 在硫酸銅電解液中，通過電沉積法將Cu沉積在巴基紙上，製備了Cu/巴基紙複合材料。通過酸化和氧化處理，將含氧官能團引入了CNTs的表面。在浸泡處理中，官能團的引入有助於Cu離子在CNTs表面的自發還原。在較小的電流密度（1 mA·cm-2）下沉積時，Cu離子能滲透到巴基紙的網狀結構中並在CNTs表面均勻形核，從而形成一個較厚的過渡層。功能化也提高了Cu在CNTs上的形核率。當電流密度為1 mA·cm-2時，Cu/氧化巴基紙複合材料的電導率達到4.09×105 S·cm-1，為純Cu的76%。所有的複合材料的載流量與電鍍製備的純Cu相比均明顯提高。Cu/氧化巴基紙複合材料的最大載流量為15437 A·cm-2，分別比純Cu和Cu /原始巴基紙複合材料高65%和14%。良好的界面結合和過渡層形成的網狀CNTs結構是Cu/巴基紙複合材料獲得較高的電導率和高載流量的原因。 結合複合電沉積法和放電等離子燒結法製備了CNTs/Cu基複合材料。在高的燒結溫度下，CNTs與Cu基體之間形成了互擴散過渡區，微層狀結構和強的界面結合使複合材料獲得了平衡的強度和塑性。該方法可用於製備需要兼顧強度和塑性的複合材料，有利於擴大該類複合材料套用範圍。
