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铜材替代的新星石墨烯-铝复合材料开发取得突破性进展
2022-11-30 来源：粉末冶金商务网 点击量：306
据伦敦证券交易所RNS新闻服务报道，专业石墨生产商、石墨烯和先进材料开发商TirupatiGraphiteplc日前宣布，其石墨烯技术开发部门Mintech研究中心（TGMRC）成功开发了突破性的石墨烯-铝复合材料（Al-Gr），复合材料的导电性和强度比铝高得多，可与铜媲美。Tirupati公司正在与包括FTSE100工程集团在内的潜在用户推动该复合材料在热、电力和推进系统等潜在应用领域中代替铜。
铝和铜是热和电气领域使用的两种主要金属材料。铝是一种重量轻，耐腐蚀，具有良好的可成型性，可高度回收利用，用途广泛的材料。然而，铜的导电导热性能优于铝，因此铜通常是一系列导电和导热应用的优选材料。但是，铜的重量（密度）约为铝的3.2倍（比铝高），其价格通常是铝的5倍左右。
TGMRC开发的Al-Gr复合材料，具有高导电导热性和增强的机械强度，可用于各种对重量敏感，要求高的电导率和热导率的高科技应用，例如电动汽车的电线和电缆，航空航天和卫星中的电机，以及热交换器，散热器等高热导率要求的产品，是铜材料的强有力替代者。
Tirupati公司的石墨烯-铝复合材料成功地将石墨烯与铝结合在一起，从而提高了导热性和导电性，在改善机械性能的同时保持了铝的轻质性：
物理性质：
·铝的显微硬度提高了>300％，比铜高了50％。
·铝的热导率增加到>200％，优于铜。
·铝的电导率增加到>150％，比铜的电导率大>95％；并存在进一步优化的空间；
结构性质：
·XRD（用于鉴定晶体材料和分析晶胞尺寸的X射线衍射）以及激光显微拉曼光谱仪（使用激光可以对非常小的区域进行分析）和TEM（透射电子显微镜）分析证实铝和石墨烯之间形成复合物。
·发现该复合材料几乎不含铝的氧化和碳化物形式，这是一项关键成就，是类似复合材料上的研发技术突破。
·发现Al-Gr复合材料的密度高于纯铝，这表明石墨烯颗粒可能已经占据了铝晶格中的分子内空间，这是复合材料中两种材料结合的重要指标。
下表是TGMRC在现阶段对Al-Gr复合材料测得的*佳特性：
Tirupati表示石墨烯-铝复合材料能取得重大技术突破，可能于以下原因有关：
·Tirupati的氧化还原石墨烯（rGO）采用零化学工艺，因此具有*小的杂原子污染，从而带来与金属，聚合物等其他材料基质更好的相容性和表面相互作用。
·Tirupati的rGO具有非常高的BET（“Brunauer-Emmett-Teller”）表面积，这可能有助于在分子空间内更好地分散和浸渍。
·形成均质的复合材料，Tirupati的rGO均匀地分布在复合材料的整个体积中，体现了开发工艺的*性。
Tirupati石墨烯-铝复合材料的专有制造工艺具有商业可扩展性，目前已经用于制造200克以上的Al-Gr复合材料原型，下一步他们将与*的工程公司进行广泛的应用和产品特性测试，以及建立大规模产品的*终制造工艺。
含石墨烯的金属基复合材料（MMC）的物理，电气，机械和热学性质具有广阔的前景和潜在广泛的技术应用，其重量百分比，体积分数，尺寸，形状和取向之类的因素可能对*终复合材料的性质及其在各种应用领域的有用性/有效性产生重大影响。石墨烯-铝复合材料的成功开发为开发其他形式的先进材料和MMC材料打开了大门。
铝和铜是热和电气领域使用的两种主要金属材料。铝是一种重量轻，耐腐蚀，具有良好的可成型性，可高度回收利用，用途广泛的材料。然而，铜的导电导热性能优于铝，因此铜通常是一系列导电和导热应用的优选材料。但是，铜的重量（密度）约为铝的3.2倍（比铝高），其价格通常是铝的5倍左右。
TGMRC开发的Al-Gr复合材料，具有高导电导热性和增强的机械强度，可用于各种对重量敏感，要求高的电导率和热导率的高科技应用，例如电动汽车的电线和电缆，航空航天和卫星中的电机，以及热交换器，散热器等高热导率要求的产品，是铜材料的强有力替代者。
Tirupati公司的石墨烯-铝复合材料成功地将石墨烯与铝结合在一起，从而提高了导热性和导电性，在改善机械性能的同时保持了铝的轻质性：
物理性质：
·铝的显微硬度提高了>300％，比铜高了50％。
·铝的热导率增加到>200％，优于铜。
·铝的电导率增加到>150％，比铜的电导率大>95％；并存在进一步优化的空间；
结构性质：
·XRD（用于鉴定晶体材料和分析晶胞尺寸的X射线衍射）以及激光显微拉曼光谱仪（使用激光可以对非常小的区域进行分析）和TEM（透射电子显微镜）分析证实铝和石墨烯之间形成复合物。
·发现该复合材料几乎不含铝的氧化和碳化物形式，这是一项关键成就，是类似复合材料上的研发技术突破。
·发现Al-Gr复合材料的密度高于纯铝，这表明石墨烯颗粒可能已经占据了铝晶格中的分子内空间，这是复合材料中两种材料结合的重要指标。
下表是TGMRC在现阶段对Al-Gr复合材料测得的*佳特性：
Tirupati表示石墨烯-铝复合材料能取得重大技术突破，可能于以下原因有关：
·Tirupati的氧化还原石墨烯（rGO）采用零化学工艺，因此具有*小的杂原子污染，从而带来与金属，聚合物等其他材料基质更好的相容性和表面相互作用。
·Tirupati的rGO具有非常高的BET（“Brunauer-Emmett-Teller”）表面积，这可能有助于在分子空间内更好地分散和浸渍。
·形成均质的复合材料，Tirupati的rGO均匀地分布在复合材料的整个体积中，体现了开发工艺的*性。
Tirupati石墨烯-铝复合材料的专有制造工艺具有商业可扩展性，目前已经用于制造200克以上的Al-Gr复合材料原型，下一步他们将与*的工程公司进行广泛的应用和产品特性测试，以及建立大规模产品的*终制造工艺。
含石墨烯的金属基复合材料（MMC）的物理，电气，机械和热学性质具有广阔的前景和潜在广泛的技术应用，其重量百分比，体积分数，尺寸，形状和取向之类的因素可能对*终复合材料的性质及其在各种应用领域的有用性/有效性产生重大影响。石墨烯-铝复合材料的成功开发为开发其他形式的先进材料和MMC材料打开了大门。
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