石墨烯在金属复合材料领域的应用

　石墨烯是由单层碳原子以正六边形紧密排列成蜂窝状的二维平面结构，其二维结构使石墨烯具有大的比表面积以及优异的电学、力学和热学性能，以上诸多特性使石墨烯在金属复合材料中有着广泛的应用。

　　一方面，以石墨烯为载体负载金属纳米颗粒。金属纳米颗粒特别是贵金属纳米颗粒具有很好的稳定性和催化活性等，广泛应用于催化剂、传感器等领域。但随着尺寸的减小，其表面能增加会导致颗粒之间容易发生团聚，而以石墨烯为模板负载金属纳米颗粒，可以起到物理隔离作用，防止颗粒的团聚，增强其活性。另外石墨烯可以和金属纳米颗粒进行耦合，可控地组装成三维结构，实现材料的多功能应用。同时能够降低贵金属的含量，降低制备成本。在此项研究中，除了要解决石墨烯自身的制备成本及量产技术外，主要的问题是如何更准确地控制金属纳米颗粒在石墨烯表明的分散程度和尺寸分布，从而提高其活性面积和反应性能。

　　另一方面，将石墨烯片层结构添加到金属基体中，可在很大程度上提高金属材料的力学性能，同时不影响甚至改善材料的热学性能和电学性能，此类材料为石墨烯增强金属基复合材料。此复合材料具有低密度、高强度等特点可广泛应用于航空航天、轻汽车配件等。然而，如何将石墨烯片层均匀分散到金属基体中，同时使石墨烯和金属间形成良好的接触界面且不破坏石墨烯的微观结构成为研究的难点。目前相关工作集中在石墨烯增强铝、镍、铜等复合材料。