近年来，石墨烯/铜(Gr/Cu)复合材料在各个领域显示出巨大的潜力。在实际应用中，石墨烯可以影响金属材料在变形过程中的微观结构，从而改变其宏观性能。因此，研究石墨烯在金属中的变形行为具有十分重要的意义。在本研究中，对纯铜(纯Cu)和Gr/Cu复合材料进行了对比研究，重点研究了晶粒之间的相互约束和晶粒内变形行为。轧制后，纯Cu晶粒在晶粒内的取向差异较大，而Gr/Cu复合材料在晶粒内的取向更均匀。这种差异是由于石墨烯片层间滑移机制影响了晶粒的滑移和旋转，从而影响了晶粒内部的晶粒取向展布(GOS)。本研究揭示了石墨烯在Gr/Cu复合材料变形中的关键作用，从而为理解和优化材料的变形行为提供了关键见解。
图1. (a) 纯 Cu 和 (b) Gr/Cu 复合材料的反极图 (IPF)。(c) 纯 Cu 和 (d) Gr/Cu 复合材料的晶粒取向分布 (GOS) 图反映了晶粒内的晶体取向。(e) 纯 Cu 和 (f) Gr/Cu 复合材料的 GOS 值的统计分析。
图2. (a) 从纯 Cu 中选取的具有较大变形的代表性晶粒。图(b) 是 图(a) 中晶粒的极坐标图的散点图。(c) 从 Gr/Cu 复合材料中选取的晶粒变形比例相对较大的代表性晶粒。图(d) 是 图(c) 晶粒的极坐标图的散点图。
图3. (a) 纯 Cu 和 (b) Gr/Cu 复合材料的 {111} <110> 和 {111} <211> 的 Schmid 因子图。(c) 纯 Cu 和 Gr/Cu 复合材料的 Schmid 因子分布统计。
图4. (a) 纯 Cu 和 (b) Gr/Cu 复合材料的 TEM 明场图像。
图5. (a) 纯 Cu 的 HRTEM 图像。图(b) 和 图(c) 是 图(a) 实线框区域的放大视图，显示纯 Cu 中的堆垛层错。
图6. (a) 烧结态 Gr/Cu 复合材料中石墨烯层数约为 8-10 层。(b) 轧制态 Gr/Cu 复合材料中石墨烯层数约为 2-5 层。(c) 具有多层和少层部分的石墨烯片。图(d) 和 图(e) 是 图(c) 黄色框内的放大图和应力场图。
图7. （a）无约束条件下滑移系 (m, n) 上初始晶粒的变形。（b）约束条件下纯 Cu 晶粒的变形。（c）约束条件下 Gr/Cu 复合晶粒的变形。
图8. （a）无约束条件下滑移系 (m, n) 上初始晶粒的变形。（b）约束条件下纯 Cu 晶粒的变形。（c）约束条件下 Gr/Cu 复合晶粒的变形。
相关研究成果由哈尔滨工业大学材料科学与工程学院、金属精密热加工国家级重点实验室Yingying Zong课题组于2024年发表在Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174142 )上。原文：The role of graphene interlayer slipping on the deformation behavior of graphene/copper composite
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