原位生长法制备石墨烯_铜复合材料及其性能研究

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1、分类号：O412.2单位代码：10636密级：公开学号：20150903001硕士学位论文中文论文题目：原位生长法制备石墨烯/铜复合材料及其性能研究英文论文题目：Preparationandperformancestudyofgraphenecoppercompositebyin-situgrowth论文作者：侯宝森指导教师：周晓林专业名称：原子与分子物理研究方向：铜基石墨烯复合材料所在学院：物理与电子工程学院论文提交日期：2018年6月14日论文答辩日期：2018年5月24日四川师范大学学位论文

2、独创性声明本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而引起的学术声誉上的损失由本人自负。学位论文作者：侯宝森签字日期：年月日四川师范大学学位论文版权使用授权书本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定：学校作为申请学位的

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4、者签名：侯宝森导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日II摘要原位生长法制备石墨烯/铜复合材料及其性能研究原子与分子物理专业研究生侯宝森指导教师周晓林教授摘要铜具有高导电导热性能，易加工切削成型，在电子电器、家居家电、国防工业等领域有着广泛而重要的应用。但铜机械强度低、不耐磨和抗氧化性差，特别是高温抗氧化性限制了铜的应用。早期的研究主要在铜中加入合金相、颗粒和传统的碳材料来提高复合材料的强度和抗氧化性能，但常导致铜最重要的导电性能的降低。随着04年石墨烯在实验室被发现，接着证实其各方面性能都非常

5、优2异，高强度（1100GPa）、高导电（15000cm/(V•s)）、高导热（6000W/(m•K)）、大比表面积和高温抗氧化性，是非常理想的铜的填料。现有方法制备的复合材料能很大程度的提高复合材料的机械强度，但不能保留铜的高导电导热性，其抗氧化性能的提高也仅限于薄膜。主要源于石墨烯在铜基体上很难均匀分散；铜和石墨烯没有亲和力，界面结合力弱。化学气相沉积能在铜箔上生长高质量的石墨烯，但生长条件约为1000℃，而铜粉在高温下非常容易粘接。论文通过引入分散剂使铜粉隔离，再通过CVD在1000℃生长石

6、墨烯，通过扫描电镜、透射电镜、粒度分析仪、拉曼光谱等对石墨烯进行表征。由热压烧结成型，测试复合材料的密度、导电热性能和机械强度。首次测试了石墨烯/铜块体的抗氧化性和接触电阻，特别是高温下的性能，其结果如下：（1）通过化学气相沉积在1000℃的高温下生长石墨烯，粒径分析和SEM分析说明分散剂很好的隔离铜粉，铜粉在高温下并未粘接。刻蚀铜粉后，石墨烯的TEM、Raman、XPS表征说明生长出来少层的高质量石墨烯。3（2）由排水法测试了石墨烯/铜的密度为8.76g/cm，接近其理论密度8.793g/cm，

7、抛光后的形貌没有孔洞，说明我们制备出了致密的复合材料。刻蚀后的金相明显观察到石墨烯/铜的晶粒更小，说明石墨烯的包覆在热压烧结过程中阻止了铜晶粒的长大。（3）复合材料具有和铜相当的导热导电性能，且是各向同性的，石墨烯/铜的导电导热分别为96%IACS、384W/(m•K)。复合材料经过多次高低温的实验后I四川师范大学依然具有高导热性能。抗拉强度相对铜提高百分之10%，而商用冷轧铜经热压工艺退火后其抗拉强度比石墨烯/铜低27%。（4）通过自搭建的设备测试接触电阻值（ICR），室温下石墨烯/铜的ICR值

8、比铜低14%，说明石墨烯能对界面的导电性有增强的效果。持续在100℃、130℃、160℃、190℃下氧化6h，铜的ICR为1.08Ω，相对于室温铜增加了3倍,其增长速率是石墨烯/铜的5.5倍，说明石墨烯在高温下对界面导电性没有降低，因为石墨烯还未被氧化，被石墨烯包覆的铜也未被氧化。由抛光改变厚度及氧化后再改变厚度，石墨烯/铜依然具有这种优势，因为这是石墨烯分散在铜基体中形成体材料而不是石墨烯仅仅生长在表层。关键词：原位生长石墨烯导电导热高温抗氧化性接触电阻II摘要Preparati