6月2日，《自然·通讯》（Nature Communications）发表了beat365手机版官方网站朱福龙教授团队与天津大学何春年教授团队关于石墨烯-金属复合材料的最新合作研究成果“A powder-metallurgy-based strategy toward three-dimensional graphene-like network for reinforcing copper matrix composites（一种三维类石墨烯网络增强铜基复合材料的粉末冶金制备策略）”。天津大学张翔博士为论文第一作者，华中科技大学硕士生徐伊昕、博士生王淼操为论文第二、三作者，朱福龙教授、何春年教授为论文的通讯作者，并带领各自团队分别完成本文的理论模型设计与计算部分与实验部分。堪萨斯州立大学林栋教授也对此文给出了充足的建议。
二维蜂窝网络结构的石墨烯材料具有独特和诱人的力学性能如超高强度和弹性模量，高的电子迁移率和热导率以及大的比表面积，有望被应用为树脂基和金属基复合材料的增强体，以期获得具有非凡力学性能、导电（导热）性能的全新复合材料。然而，由于二维石墨烯易在复合材料中堆叠导致石墨烯纳米片（GNSs）团聚并引发GNSs与基体之间接触电阻（热阻）增加的瓶颈问题，其自身的优异性能无法得到充分发挥，导致在目前制备的复合材料中，力学和导电（导热）性能的增强效率与理论值有较大偏差。
朱福龙教授团队从理论计算方面证实了连续网络结构较二维弥散分布石墨烯具有更高的界面剪切应力，从而提高金属复合材料的界面载荷转移强化机制和增强效率；何春年教授团队开发了一种全新的粉末冶金制备三维类石墨烯网络-铜（3D-GLNN/Cu）复合材料方法。
论文的实验与理论计算都表明热应力对石墨烯片层焊接及网络构型的形成具有至关重要的作用。更为重要的是，本文首次证实了网络构型可以有效提高石墨烯/铜之间的界面剪切应力（较二维石墨烯/铜提升两倍以上）从而促进了载荷转移强化机制；同时，结果表明在铜基体内构筑连续的石墨烯网络较二维石墨烯不仅可以有效提高复合材料的力学性能（强度和塑韧性），也能提高导电和导热物理性能。此外，本文的制备方法与计算模型可以拓展到其他二维结构基元（如六方氮化硼、过渡金属二维硫化物和氧化物等）组成的三维网络及其增强的金属基复合材料（铜、镁、铝、钛等）制备，进而有望促进这类复合材料的结构与功能化应用。
图1. 三维类石墨烯网络-铜（3D-GLNN/Cu）制备方法
图2. 3D-GLNN/Cu热压过程中的结构演变
图3. 类石墨烯焊接机制的分子动力学计算
图4. 三维/二维石墨烯-铜力学性能计算与实验对比分析
该工作得到国家自然科学基金项目（51771130, 51531004, 51675211, 51422104）的资助。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16490-4
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