铝基复合材料具有高比强度，优异的导热、导电性，良好的延展性等优点。在汽车、航空航天、电子和光学仪器等领域有着非常广泛的应用。近年来，随着石墨烯及其衍生物的发现，越来越多的研究者将其用作增强体来增强铝基复合材料，用以提高铝基复合材料的综合性能。经石墨烯增强的铝基复合材料的耐磨性、导热性以及强度等都有显著提升。目前，石墨烯增强铝基复合材料的研究主要集中在如何使石墨烯在铝基体中均匀分散，以及如何避免铝基体和石墨烯因接触发生反应产生碳化物（Al4C3）。常用的石墨烯及其衍生物作为金属基复合材料的增强体材料有3种，即石墨烯，氧化石墨烯以及石墨纳米片。

 

  增强体材料

目前的研究中，常用的石墨烯及其衍生物作为金属基复合材料的增强体材料有3种，即石墨烯，氧化石墨烯以及石墨纳米片。


1 石墨烯

石墨烯具有优异的导电性、导热性和力学性能。石墨烯中碳原子的sp2杂化使其具有优异的面内弹性模量（0.5～1.0 TPa）和抗拉强度（130 GPa）。石墨烯纳米级的尺寸与合金中的大部分沉淀相大小相比更加细小，这赋予了石墨烯增强铝基复合材料优异的力学性能。由于石墨烯表面的疏水特性，仅有少量的研究是直接利用石墨烯来制备石墨烯增强金属基复合材料的。


2 氧化石墨烯

氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，具有很强的柔性。单层氧化石墨烯是碳原子通过sp2杂化形成以苯环为基本单元的骨架结构，片层上存在环氧、羟基等含氧官能团，而羧基、羰基多分布于边缘。含氧官能团的存在，使得氧化石墨烯可以很好地分散在水系溶液中。同时，含氧官能团的存在以及π-π键的堆积作用，为氧化石墨烯与其他物质结合提供了优良位点。大部分石墨烯增强铝基复合材料都以氧化石墨烯或改性的氧化石墨烯作为原料。


3 石墨纳米片

石墨纳米片是由层叠的石墨烯层（约10～30层）组成，在弱范德华力下相互黏结。石墨纳米片具有易制备和成本低的优点。石墨纳米片由于优异的电、热、力学性能，高比表面和低密度，可以克服传统材料的性能限制，因此常被用作铝基复合材料的增强体材料。


2 复合粉体的制备

不管是哪种材料都会遇到两个问题，那就是在增强铝基复合材料的过程中，一方面由于石墨烯片之间的范德华力，石墨烯会在加工过程中团聚；另一方面，由于石墨烯与铝表面存在大的润湿角，直接影响石墨烯在铝基体中的均匀分散。因此，为了提高石墨烯增强铝基复合材料的综合性能，石墨烯均匀分散在铝基体中成为了关键因素之一。常用的分散方法可分为物理方法和化学方法两种。

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