三维石墨烯/铜基复合材料的制备及耐腐蚀性能研究李晋章陈小红刘平---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除------本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---摘要：在实际应用中，铜基复合材料经常存在腐蚀失效的现象，而石墨烯以其独特的结构显示出卓越的耐腐蚀性能。为了改善铜基复合材料的耐腐蚀性能，设计并烧结制备了三维石墨烯/铜基复合材料。研究表明，在三维石墨烯，铜基复合材料中，石墨烯形成三维互联互通结构，充分发挥了对铜基体的保护作用。与孔隙铜相比，在质量分数为3.5%NaCI溶液中，三维石墨烯/铜基复合材料的腐蚀速率降低了约50%。石墨烯在金属防腐蚀领域将得到更加广阔的应用。通---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---过研究三维石墨烯/铜基复合材料在FeCI3溶液中的腐蚀行为，进一步揭示了三维石墨烯的耐腐蚀机理。关键词：铜基复合材料;三维互联互通结构;耐腐蚀性;石墨烯;化学气相沉积：TGl74.2文献标志码：A铜及铜合金具有优异的导电和导热性能，在电子和导热器件中有广泛的应用。但是因其腐蚀失效导致使用寿命缩短的问题影响了其在应用领域的进一步发展，使提高其耐腐蚀性能显得尤为迫切。因此，人们尝试采用各种防腐蚀的方法来解决铜及铜合金材料使用寿命较低的问题。石墨烯因其完美的sp2碳原子二维晶格而使其具有理想的防止腐蚀的特性，因此石墨烯在防腐蚀领域引起了广泛的关注。到目前为止，涂层是石墨烯用于提高金属耐腐蚀性的主要形式。其方法是将石墨烯转移到金属表面，或者通过化学气相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）工艺将石墨烯沉积在金属（例如镍和铜）上。Chen等将石墨烯制备成抗氧化涂层，用于铜箔或镍箔，发现其耐腐蚀性能得到改善。Berry等进一步研究发现，石墨烯抗氧化涂层可以降低铜箔和镍箔的腐蚀速率，其机理是石墨烯抗氧化涂层可以有效防止氧化气体和溶液渗透。但是，石墨烯中的缺陷（如裂缝和晶界）可能成为金属腐蚀的重要腐蚀源，可以通过改善石墨烯的制备工艺，获得结构更完整、更均匀、更少缺陷的石墨烯，来进一步提高金属的耐腐蚀性能。然而，该涂层虽然可以很好地防止金属被腐蚀，但是长时间处于腐蚀环境中，其耐腐蚀性比纯金属更差。Schriver等研究发现，在耐腐蚀性能测试中，当时间足够长时（例如超过6个月），有石墨烯涂层的金属耐腐蚀性甚至比没有石墨烯涂层的金属更差。主要原因是金属比石墨烯更加活泼，当石墨烯和金属置于腐蚀环境中时会发生电化学反应。从上面的研究中可以看出，石墨烯在金属防腐蚀方面有很大的潜力，但是，在提高基体耐腐蚀性的同时，石墨烯的其他优异性能却得不到很好的应用。在本研究中，采用CVD法直接在孔隙铜的表面生长大面积、高品质的石墨烯，通过一定技术将其制备成三维石墨烯/铜基复合材料。根据三维石墨烯/铜基复合材料的微观表征、腐蚀行为及电化学性质探讨三维石墨烯/铜基复合材料的耐腐蚀机理。1试验1.1复合材料的制备通过放电等离子烧结（sparkplasmasintering，SPS）技术制备孔隙铜。使用电解铜粉（质量分数为99.9%，200目，中国试剂网）作为原料，通过SPS技术在真空下300℃，5MPa烧结5min形成孔隙铜。为了避免铜粉氧化及杂质出现，将---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---铜粉在无水乙醇（分析纯）中搅拌清洗1h后进行干燥处理，然后装人CVD炉中，在2500sccmAr和50sccmH2下加热至400℃保温1h。采用常压CVD法以C2H4作为碳源，在孔隙铜表面生长石墨烯。将孔隙铜放人石英管中，在2500sccmAr和50sccmH2下加熱至900℃，然后在900℃下通人Ar和C2H4（体积分数0.93%）混合气体5sccm生长6s。最后，样品在2500sccmAr和50sccmH2保护下冷却至室温。采用SPS技术制备三维石墨烯/铜基复合材料。将石墨烯包裹的孔隙铜放人设计好的石墨模具中，通过SPS技术在900℃，50MPa下进行二次烧结。最终得到直径为30mm，厚度为2mm的三维石墨烯/铜基复合材料。1.2微观结构表征将三维石墨烯/铜基...