石墨烯(Gr)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的加工規(guī)模和機(jī)械性能對于很多應(yīng)用是非常需要的。然而，一個長期存在的問題是Gr具有差的分散性，且與金屬基質(zhì)的弱界面強(qiáng)度。在這項工作中，提供了一種原位液體冶金策略，通過二氧化碳(CO2)和鎂熔體之間的化學(xué)反應(yīng)，制備得具有優(yōu)異模量、強(qiáng)度和塑性的鎂基復(fù)合材料。該工藝路線能夠同時在金屬熔體中原位合成和改性Gr，從而產(chǎn)生最佳的微觀結(jié)構(gòu)，包括Gr的均勻分散以及Gr與鎂基體之間的強(qiáng)界面結(jié)合。這種新的方法可以很容易地擴(kuò)展到鎂基復(fù)合材料的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，甚至為制造金屬基復(fù)合材料提供了一種通用的設(shè)計途徑。
Figure 1. 通過原位氣-液反應(yīng)制備Gr/Mg-6Zn 復(fù)合材料的示意圖。(a) 鎂熔體中的原位氣-液反應(yīng)；(b) 壓力鑄造；(c) 熱擠壓。
Figure 2. 原位生長的Gr的典型形貌和結(jié)構(gòu)。(a) Gr粉末的光學(xué)圖像；(b) XRD圖譜；(c) N2 吸附/解吸等溫線，插圖展示了孔徑分布；(d) 和 (e) 不同放大倍數(shù)下的 SEM 圖像；(f) TEM 圖像；(g) SAED 模式；(h) HR-TEM 圖像；(i) 沉積在云母和珊瑚上Gr的AFM 圖像。
Figure 3．(a)在Mg-6Zn復(fù)合材料中Gr的透射電鏡圖像；(b)經(jīng)MgO納米粒子修飾的Gr的HAADF圖像；(c) HRTEM圖像，插圖顯示了MgO的FFT圖；(d)元素映射圖像對應(yīng)于圖4b。
Figure 4．(a)擠壓的Mg-6Zn合金和具有不同Gr體積分?jǐn)?shù)的Gr/Mg-6Zn復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）比較了增強(qiáng)和硬化效率。
Figure 5.（a）鎂熔體中Gr生長和表面改性的示意圖；（b）Gr的HAADF圖；(c) EDS元素映射圖；(d)氧化鎂改性Gr。
該研究工作由哈爾濱工業(yè)大學(xué)Hailong Shi課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：Direct synthesis and modification of graphene in Mg melt by converting CO2: A novel route to achieve high strength and stiffness in graphene/Mg composites。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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