碳化聚合物点/铜复合材料的制备、性能与微观结构研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:newio
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
为了适应现代工业技术蓬勃发展的需求,铜(Copper,简称Cu)材料需在保证良好导电导热的基础上,有较高的强度。因此,通过在Cu基体中引入合适的增强体,充分发挥基体与强化相的协同作用,制备高综合性能Cu基复合材料成为了研究热点。具有众多优异物理和力学性能的碳纳米管(Carbon nanotube,简称CNT)和石墨烯(Graphene,简称GR),是Cu基复合材料的理想增强体。然而由于CNT、GR的强范德华力以及与基体Cu之间的弱界面结合,限制了其对Cu基复合材料的增强效果。因此,本文以碳纳米材料/Cu复合材料的结构设计、增强体的均匀分散、增强体与基体的良好界面结合为出发点,探寻一种新的增强体—碳化聚合物点(Carbonized polymer dot,简称CPD),进行CPD/Cu复合材料的制备、结构和性能的研究。得出如下结果:(1)对CPD的合成进行探究且首次将其成功应用于Cu基体:通过调节水热反应原料比值(乙二胺(Ethylenedia,简称EDA):柠檬酸(Citric acid,简称CA)),合成具有不同形貌结构的CPD,通过粉末冶金法将其与Cu粉混合、烧结得到CPD/Cu复合材料。对CPD/Cu复合材料进行力学、电学和热学性能测试发现,随着EDA:CA增加,CPD的粒径增加,复合材料的力学、电学和热学性能先增加后降低。其中,当EDA:CA为1:1时,CPD1/Cu复合材料的抗拉强度高达312.1MPa,断后延伸率34.3%,电导率97.2%IACS,热导率395.3 W/(m·K),相比纯Cu对比样分别提高了20.0%,114.4%,5.4%IACS,88.5 W/(m·K)。说明CPD的添加,使Cu基复合材料的力学、电学和热学性能均提高到较高的水平,且强化效果优于CNT和GR。(2)研究热处理CPD对Cu基复合材料力学和电学性能的影响:通过对水热合成的CPD进行不同温度的热处理,发现随着热处理温度的升高,CPD的核壳结构发生变化,表现为sp~2C/sp~3C先增加后降低(CPD表面的官能团和聚合物链在高温下发生分解碳化,生成大量的sp~2C;当热处理温度高达900℃时,CPD的结构大多被破坏,生成大量的sp~3C)。复合材料的力学和电学性能均随着CPD核壳结构的变化先增加后降低。然而,未经热处理的CPD对Cu基复合材料的增强效果更突出,说明CPD的结构完整性及适量的sp~3C对复合材料的力学和电学性能增强作用更突出。(3)研究CPD的结构演变对Cu基复合材料力学和电学性能的影响,发现复合材料的力学和电学性能均随着CPD质量分数的增加而先增加后降低(CPD团簇数量和尺寸增加,发生一定程度的团聚)。通过复合材料的微观组织,发现CPD-Cu界面处原位形成的过渡区,改善了界面结合。此外,CPD特有的结构使得试样在拉伸时,优先牺牲自身的非晶网络结构以分散能量从而使得复合材料具有更高的延伸率。随后,对CPD/Cu复合材料的导电机制进行讨论,发现该复合材料的电阻主要由声子、晶界、位错以及CPD散射导致。但与纯Cu对比样相比,该复合材料的电导率仍然提高,得益于CPD优异的电子传输能力及良好的界面连接。(4)研究CPD/Cu复合材料的界面结构和性能:烧结温度提高,复合材料中CPD-Cu配位键、CPD纳米团簇被破坏,界面处过渡区厚度增加,复合材料的力学和电学性能降低。另外,CPD的添加使Cu基复合材料实现低温致密化,具体表现为:当烧结温度仅为550℃时,复合材料的相对密度达到99.4%,且力学和电学性能均达到最佳值。这是由于CPD含有的活性碳原子在相对较低的温度下发生快速扩散且复合材料在烧结过程中由于CPD被还原使局部温度升高导致。最后,通过探讨550℃烧结的CPD/Cu复合材料试样强化机制,发现该试样强化主要有细晶强化、位错强化和载荷传递三部分构成,且载荷传递贡献率最大。本文为制备高强高导的Cu基复合材料提供理论依据和实验参考。
其他文献
三七为典型阴生C3植物,对环境因素要求严苛。为便于三七的集约化种植,生产中通过架设遮阳网荫棚的方式营造适宜的光照环境。但三七在阴生环境下的光合作用调控机理这一科学问题研究尚未得到有效阐释。作物的光合效率受氮钾元素影响最大,但氮钾元素是否能够调控阴生条件下三七的光合机构而使其保持相对较高的活性?是否能够缓解光合作用限制?是否能够调节三七叶片光合氮库和存储氮库分配?这一系列疑问都是揭示三七光系统适应阴
学位
铁是含锌原料的主要杂质元素之一。无论以何种原料提取金属锌,铁的分离都是一个不可避开的过程。现有的除铁方法中,赤铁矿法是最有潜力成为无废渣除铁的技术。次氧化锌粉酸浸-萃取-中和后液具有高浓度K+、Na+的特点,如何控制除铁过程中铁矾的生成和转化,使溶液中的铁最终以赤铁矿形式沉淀是高钾钠溶液赤铁矿法除铁的难题,也是现行二次锌资源的火法-湿法联合处理工艺生产亟待解决的难题。采用热力学和量子化学分析铁矾相
学位
锌浸出渣含有大量重金属离子,容易对周边土壤、地表水、地下水等造成严重的环境污染,已被我国列入《国家危险废弃物名录》。云南文山某锌冶炼厂以含铟高铁闪锌矿精矿进行湿法浸出,每年产出大量含铅锌、高银、高镉、粒度极细的高酸浸出渣,通过毒性浸出研究发现浸出渣中铜、锌、镉、铍的浸出浓度分别达到127mg/L、1305 mg/L、60.5 mg/L和0.039 mg/L,远超《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》的
学位
行业系统党建是城市基层党建的重要组成部分,行业系统党建注重强化行业主管部分政治机关属性,是有效破解行业系统条块联动不紧密、党建与业务“两张皮”等问题的重要举措。基于对安徽省南陵县快递行业党建的案例分析,发现其在行业党建中的创新举措:建强组织堡垒,解决基础问题;完善体制机制,解决保障问题;丰富服务资源,解决实效问题;补齐产业短板,解决潜力问题。这些举措为当地经济和产业发展以及周边影响力方面带来了极大
期刊
缺陷态光存储材料作为下一代高密度光存储媒介的理想候选材料引起了研究者们持续的关注。然而目前该类材料仍旧存在着浅陷阱余辉干扰、自身存储容量低、写入波长短等不足,限制了其实际应用。本文拟通过引入热场协同光场写入(热辅助策略)解决上述问题。选择含深陷阱的高密度长余辉发光材料和深陷阱主导分布的光激励发光材料作为研究对象,通过热辅助消除浅陷阱余辉干扰和增强长波长光子写入容量,实现了这两类代表性缺陷态光存储材
学位
我国西部地区岩溶现象丰富,在长期的岩溶作用下,岩体中形成了大量天然溶洞,控制着岩体的力学特性和变形破坏特征。相似地,隧道、巷道和采空区等也可视为人工洞室。这些自然或人工空区的围岩稳定性问题一直备受工程界和学术界的关注。在外荷载作用下,空区围岩易出现开裂、下沉和坍塌等失稳现象,给工程施工和运行造成重大安全隐患。大量工程实践表明,岩体内部遍布尺度不同、特性不一的不连续结构面,不仅劣化了岩体的强度和变形
学位
滑坡和泥石流是我国山区的两种常见地质灾害,是制约当地经济发展的最主要因素之一。滑坡与泥石流关系密切,通常滑坡(尤其是大型滑坡碎屑流事件)发生后会形成大量松散碎屑堆积于坡面或沟道中,这将在很大程度上提高该区域后续泥石流发生的倾向性。目前,既有关于滑坡产生的松散堆积碎屑转化为泥石流方面的问题已取得若干重要进展,但也还存在一些关键问题有待进一步的研究与探讨。例如,缺乏对松散堆积碎屑的成浆潜势及浆体维持能
学位
模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)柔直输电技术以其独特的优势,成为解决大规模新能源并网、直流配电网和远距离大容量输电的有效途径。MMC直流输电系统的故障机理和故障发展与交流系统差异较大,为此,本文主要分析不同接地方式下阀侧接地故障特性及对线路保护的影响,分别提出能够排除阀侧故障干扰的伪双极系统与真双极环网系统的线路保护方法,主要研究内容如下:1.
学位
毒品问题是全球性问题,也是世界性难题。在中国云南省,每一个州市都设有强制隔离戒毒所,而且每个戒毒所都处于高饱和状态,对毒品戒断期的问题进行深入探讨意义重大。甲基苯丙胺(Methamphetamine,METH)是世界范围内使用人数最多的一种强效中枢神经系统兴奋剂,长期使用METH和METH戒断均会导致物质依赖综合征,表现为一系列严重的行为障碍,包括抑郁、焦虑和易怒等情绪障碍,以及难以集中注意力,记
学位
热塑性聚氨酯(TPU)作为一种商业工程弹性体材料,由于其优异的加工性能、良好的耐磨性、高机械性能及良好的化学稳定性被广泛应用于涂装材料、电线电缆、胶粘剂等诸多领域。然而,与其它聚合物类似,TPU的火灾危险限制了其在某些特定场所的进一步应用。因此,开发兼具优异阻燃性能和良好机械性能的TPU复合材料具有重要的科学意义和实际应用价值。本文基于MXene的物化特性,采用不同的无机磷和有机磷通过共价键、非共
学位