【摘要】：石墨烯因其獨特的二維結(jié)構(gòu)被賦予了優(yōu)異的物理性能和化學(xué)性能,被廣泛應(yīng)用于納米電子學(xué)、傳感器、復(fù)合材料、電池、超級電容器和儲氫材料等領(lǐng)域。目前,石墨烯難以實現(xiàn)高質(zhì)量、規(guī)�；纳a(chǎn)已經(jīng)嚴(yán)重抑制了其廣闊的應(yīng)用前景。本文使用直流電弧法制備石墨烯,通過改變等離子體壓力和氣氛,探究電弧放電過程對石墨烯生長的影響,以此來優(yōu)化直流電弧法制備石墨烯的工藝參數(shù)。等離子體不同的壓力是以氬氣為緩沖氣體制造的,等離子體氣氛是分別用氫氣和氮氣以相同的比例(3:97)混合氬氣形成的。以石墨烯為增強(qiáng)體,Al-Mg-Si合金為基體,采用FADB法制備石墨烯/Al-Mg-Si復(fù)合材料,探究石墨烯添加量對復(fù)合材料組織及性能的影響。不同的壓力和氣氛環(huán)境下,石墨烯具有相同的表面形貌,片狀的表面結(jié)構(gòu)布滿波浪狀的褶皺,由二維結(jié)構(gòu)向三維方向轉(zhuǎn)變。石墨烯片層之間相互疊加,呈現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)。負(fù)壓環(huán)境下比正壓制得的石墨烯缺陷更少,但是負(fù)壓下石墨烯的層數(shù)波動比正壓大。當(dāng)壓力為-0.03MPa時,石墨烯的I_D/I_G、I_G/I_(2D)的值分別是0.68和1.74,厚度在0.34nm~2nm左右,層數(shù)在單層至五層范圍內(nèi)波動。當(dāng)壓力為0.06 MPa時,石墨烯的I_D/I_G、I_G/I_(2D)的值分別是1.05和1.77,厚度集中在2nm左右,主要為5層結(jié)構(gòu)。等離子體氣氛中存在氫氣時制備出的石墨烯質(zhì)量高于其它氣氛,I_D/I_G、I_G/I_(2D)的值分別是0.54和1.53,層數(shù)主要為雙層,表明氫氣氣氛有利于石墨烯的生長。當(dāng)?shù)入x子體氣氛存在氮氣時,發(fā)現(xiàn)大量無定形碳的生成,表明氮氣的存在抑制石墨烯的生長。石墨烯/Al-Mg-Si復(fù)合材料的物相主要由Al、Si、Mg_2Si相和石墨烯組成,沒有生成有害相Al_4C_3。石墨烯可以細(xì)化基體晶粒,促使Si晶粒均勻分布。石墨烯與基體界面結(jié)合良好,主要沿晶界和表面粘附和基體結(jié)合,并且石墨烯分散均勻,無嚴(yán)重團(tuán)聚現(xiàn)象出現(xiàn)。復(fù)合材料的硬度和強(qiáng)度隨著石墨烯含量的增加先升高后減小,當(dāng)石墨烯添加量為1.5%時,復(fù)合材料的硬度達(dá)到最高值121.7HV,比基體提高了49%。石墨烯添加量為1.0%時,抗拉強(qiáng)度高達(dá)293MPa,強(qiáng)度約是基體的2倍。復(fù)合材料斷裂時沒有明顯的“頸縮”現(xiàn)象,裂紋源主要是石墨烯的斷裂和脫附形成的撕裂脊和凹坑。石墨烯在復(fù)合材料中的主要強(qiáng)化作用有:晶粒細(xì)化、位錯強(qiáng)化、載荷傳遞和Orowan強(qiáng)化。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB33

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本文編號：2623962