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西工大在石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料方面取得新進(jìn)展
2026年01月27日 09:15:36
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：3349
近日，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授齊樂(lè)華團(tuán)隊(duì)在石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料電磁屏蔽-力學(xué)性能研究方面取得新進(jìn)展，創(chuàng)造性地提出了一種“3D骨架預(yù)構(gòu)建-浸滲填充”的新策略
在現(xiàn)代高端裝備制造領(lǐng)域，材料的“體重”與“性能”是一場(chǎng)永恒的博弈。航空航天器渴望更輕的身軀以馳騁寰宇，便攜電子設(shè)備追求極致的輕薄與堅(jiān)固，而5G通訊、國(guó)防軍工等領(lǐng)域則對(duì)電磁兼容與屏蔽提出了嚴(yán)苛要求。在這場(chǎng)博弈中，鎂合金以其密度低、比強(qiáng)度高的天然優(yōu)勢(shì)，成為最具潛力的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料之一。然而，其固有的絕對(duì)強(qiáng)度不足和較差的電磁屏蔽效能(EMI SE)，如同兩副枷鎖，限制了它在尖端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)，被譽(yù)為“材料之王”的石墨烯，以其超高的強(qiáng)度、卓越的導(dǎo)電性和極大的比表面積，被視為增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的理想納米填料。學(xué)界普遍嘗試將石墨烯納米片直接混入鎂熔體或粉末中。然而，石墨烯極易在基體中團(tuán)聚分散不均，與鎂的界面結(jié)合脆弱，且在高溫制備過(guò)程中結(jié)構(gòu)易被破壞。
近日，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授齊樂(lè)華團(tuán)隊(duì)在石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料電磁屏蔽-力學(xué)性能研究方面取得新進(jìn)展，創(chuàng)造性地提出了一種“3D骨架預(yù)構(gòu)建-浸滲填充”的新策略，成功制備出兼具優(yōu)異力學(xué)性能與頂尖電磁屏蔽效能的新型石墨烯增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料，讓鎂合金真正實(shí)現(xiàn)了既“強(qiáng)韌”又“隱身”。
該研究的核心創(chuàng)新在于設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一個(gè) “三維連續(xù)、結(jié)構(gòu)完整的原始石墨烯網(wǎng)絡(luò)骨架” 。研究團(tuán)隊(duì)首先利用化學(xué)氣相沉積等技術(shù)，在泡沫鎳模板上原位生長(zhǎng)出高質(zhì)量的石墨烯，形成宏觀的三維連通結(jié)構(gòu)；隨后通過(guò)熱解處理，在石墨烯表面均勻包覆一層薄薄的熱解碳層。三維骨架作為預(yù)置的“鋼筋網(wǎng)絡(luò)”，在后續(xù)鎂合金熔體浸滲填充過(guò)程中，被完美保留下來(lái)，最大程度維持了石墨烯本征的優(yōu)異導(dǎo)電性與力學(xué)特性。表面的熱解碳層作為“緩沖層”與“耦合劑”，顯著改善了石墨烯與鎂合金基體之間原本較弱的物理界面，增強(qiáng)了界面結(jié)合強(qiáng)度，確保了載荷的有效傳遞。連續(xù)的石墨烯網(wǎng)絡(luò)在復(fù)合材料內(nèi)部構(gòu)筑了高速電子傳輸通道和豐富的電磁波多重反射-吸收界面。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新材料展現(xiàn)出令人矚目的綜合性能：其電磁屏蔽效能最高可達(dá)近100 dB，意味著能屏蔽超過(guò)99.999999%的入射電磁波，處于同類(lèi)材料的世界領(lǐng)先水平；同時(shí)，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相較于基體鎂合金提升超過(guò)50%，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度與塑性的良好協(xié)同。這標(biāo)志著在追求“輕質(zhì)高強(qiáng)多功能”復(fù)合材料的道路上，邁出了關(guān)鍵一步。
齊樂(lè)華教授團(tuán)隊(duì)的這一成果，不僅為開(kāi)發(fā)下一代高性能輕質(zhì)電磁屏蔽材料提供了全新的設(shè)計(jì)思路和可實(shí)現(xiàn)的工藝路徑，更深刻揭示了通過(guò)調(diào)控增強(qiáng)體的三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)協(xié)同優(yōu)化材料多種性能的巨大潛力。
相關(guān)研究成果Increased electromagnetic interference shielding and load bearing with a three-dimensional pristine graphene@pyrocarbon skeleton in AZ91D于近日發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)上。
參考資料來(lái)源：西北工業(yè)大學(xué)
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