原创《石墨烯增强铝基复合材料制备力学性能》：本文是一篇关于力学性能论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要：针对石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法,将用Hummers法制备的带负电荷氧化石墨烯加入到表面处理后带有正电荷的铝粉中,得到氧化石墨烯/铝复合粉末,最后采用粉末冶金制备出石墨烯增强铝基复合材料.使用扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等对石墨烯增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行研究.实验结果表明：石墨烯均匀的分散在复合材料中,相比于纯铝,石墨烯的质量分数仅为0. 5%时,石墨烯增强铝基复合材料的维氏硬度和抗拉强度分别提高了19.7%和20%.
关键词：石墨烯；铝基复合材料；粉末冶金；力学性能
DOI：IO.15938/j.jhust.2015.03.012
中图分类号：TB331
文献标志码：A
文章编号：1007-2683（2015）03-0061-05
0 引 言
铝基复合材料具有密度小,耐蚀性强,导电导热性能优异,加工性能好等优点成为当前金属基复合材料研究的主流.随着汽车和航空航天领域的发展,尤其是在太空空间,电离辐射等恶劣环境中对金属基复合材料的比强度,比模量,耐蚀性,导电导热等性能要求更高,传统的陶瓷纤维和颗粒增强体已经不能满足对材料的要求,相比于陶瓷纤维增强体碳纤维和石墨颗粒增强体因为因为高的导热性,低的热膨胀系数,优异的阻尼能力和非常好的自润滑性能引起了许多研究者的关注.在最近几年因为石墨烯（Craphene）优异的机械性能和物理性能被认为是最理想的金属基复合材料增强体,相比于碳纳米管,石墨烯的二维结构使石墨烯更容易控制和分散在铝基体中,为进一步提高铝基复合材料的性能提供了新的途径.
但是因为石墨烯较大的比表面积,其在铝基体中很容易发生团聚现象,而传统的球磨分散方法并不能保证将石墨烯均匀的分散在铝基体中,同时在球磨过程中会形成加工硬化减弱石墨烯的增强效果.因此,为了将石墨烯均匀分散在铝基体中,本文首次采用了一种电荷吸引的方、法,,首先利用阳离子表面活性剂对铝粉进行表面修饰使其表面带有正电荷,再利用化学法制备带有大量的负电荷的氧化石墨烯（GO,graphere oxide）通过电荷吸引的方法使氧化石墨烯均匀分散在铝粉表面.最后采用粉末冶金的方法合成石墨烯增强铝基复合材料,通过电荷吸引的设计,解决石墨烯在铝粉中分散不均匀的现象.
1 实 验
1.1 氧化石墨烯的制备
首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,在冰浴条件下将0.5g天然石墨（≥99.0%）,0.5g NaN03（≥99%）和23 mL浓硫酸（>95%）加入到锥形瓶中,然后将3g KMn04（≥99.5%）缓慢加入到锥形瓶中,控制温度不要超过20℃,混合后将烧杯移人温度为35 +5℃恒温水浴锅内反应1h,形成粘稠状液体.然后向上述锥形瓶中缓慢加入40 ml去离子水,水浴温度控制在90 +5℃,反应30 min,最后向锥形瓶中加入100 ml去离子水停止反应,再加入6 mL 30% H202使混合液颜色从棕色变为亮 ,然后分别用浓度5%的稀盐酸和去离子水洗涤过滤3次,取出过滤产物,用足量去离子水溶解,超声波处理2h后形成氧化石墨烯胶体.
1.2复合材料的制备
将10g铝粉（10 - 30 μm）放入到烧杯中,然后加入质量分数为0.5%的十六烷基三 溴化铵溶液100 mL,室温下搅拌1h,最后进行洗涤,干燥,将处理后的铝粉放入到烧杯中加入100 mL去离子水,然后将质量分数0.5%的氧化石墨烯胶体缓慢加入到烧杯中,不断搅拌,直到溶液颜色由深棕色变为无色透明,最后过滤,干燥获得氧化石墨烯/Al复合粉体.将获得的复合粉体加入到直径为φ50的模具中,Ar气保护,在600℃,25 MPa压力下,烧结1h.同时在烧结过程中利用高温将氧化石墨烯还原,制备出石墨烯增强铝基复合材料.
1.3表征方法
采用多晶X射线衍射仪X" Pert PRO型对氧化石墨衍射峰和复合材料进行分析,采用EQUI-NOX255型红外光谱分析仪对氧化石墨烯的结构进行分析,采用FEI SIRION 200型扫描电镜观察氧化石墨烯样品的表面形貌和其分散情况.采用EveroneMH-6型显微维氏硬度计对材料的硬度进行测量；采用AGS-J型万能试验机对复合材料的拉伸性能进行检测.
2 结果和分析
2.1 氧化石墨烯的形貌和结构
图1为石墨和氧化石墨烯的XRD图谱如图所示,高纯石墨粉在20等于26.5°处有一个特征衍射峰,代表石墨（002）晶面（d等于0.34 nm）,峰形窄而尖锐,表明所选用石墨原料的结晶度较好.经Hummer法在石墨粉内引入大量官能团和缺陷后,石墨的（002）晶面的衍射峰消失,而在20等于100附近出现一个新的特征峰,并且峰的强度很弱,这表明石墨层间距离增加,结晶度变差.这是因为经过化学氧化处理,在石墨片层面内及边缘处引入了大量的含氧基团,官能团的嵌入是造成层间距加大的一个重要原因.同时,强酸作用破坏了石墨原本完美的晶型而产生大量缺陷,导致氧化石墨结晶度变差,无序性增加.
图2为氧化石墨烯的SEM图和FT-IR图,从图中可以看出氧化石墨烯在3410 cm-1附近有一个明显的吸收峰,应归属于氧化石墨烯结构中羟基的OH伸缩振动；图中2920、2850 cm-1处峰分别归属于CH2的反对称、对称伸缩振动峰；1737 cm-1位置的吸收峰应归属于羰基或羧基（C等于0）的伸缩振动峰；1638 cm-1附近的吸收峰归属于C等于C的伸缩振动；1397 cm-1附近的峰归属于结构中羟基的OH变形振动；1060 cm-1附近的峰归属于环氧基团（C-O-C）的伸缩振动.正因为上述极性基团的存在,氧化石墨烯在水溶液中经超声处理后,结构片层表面带有很强负电荷,同时因为这些基团的存在使得氧化石墨烯表面上存在大量的褶皱和缺陷,边缘处出现向内卷曲和折叠的现象.
力学性能论文参考资料：
结论：石墨烯增强铝基复合材料制备力学性能为关于力学性能方面的论文题目、论文提纲、力学性能指标符号论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
