新材料及其应用

本发明涉及一种协同增强铜基复合材料及其制备方法，该协同增强铜基复合材料采用碳量子点、碳纳米管和Ti3C2 Mxene作为增强相；该方法包括：制备碳量子点、碳纳米管和Ti3C2 Mxene的水性分散液；将分散液加入到铜盐水溶液中，再加入碱性溶液形成氢氧化铜、加入还原剂将氢氧化铜还原为氧化亚铜；过滤、清洗和干燥，得到复合粉末；将复合粉末中氧化亚铜还原为铜；对铜基复合粉末进行放电等离子体烧结。本发明利用碳量子点、碳纳米管和Ti3C2 Mxene的维度协同作用，得到力学性能显著提高的铜基复合材料；运用分子级共混的方法得到分散均匀、结合牢固的铜基复合粉末；采用放电等离子体烧结，使得Cu晶粒生长被有效抑制。

铜是一种十分重要的工业材料，被广泛应用在电气行业中。除了拥有一般金属的共性优点外，铜还具有高导电率和导热率且易于加工等优点，但是铜的硬度低、强度低、耐磨性差等缺点也限制了其在工业中的广泛应用。为了解决这一问题，通常是采用第二相强化和弥散强化的方法。近年来，原位复合技术，由于其在复合过程中形成的反应界面加强了基体与增强体之间的结合，同样在铜基增强复合材料领域得到应用。

本发明的协同增强铜基复合材料利用了提高载荷传递和弥散强化协同作用的强化机制，其中Ti3C2和碳纳米管为复合第二相，主要通过提高载荷传递来提升铜的力学性能；碳量子点则作为弥散相，通过阻碍位错运动来提升铜的力学性能。由于碳量子点尺寸小，其可以均匀地分散在铜基体中，在外力作用下形变和蠕变所产生的位错迁移都需要绕过碳量子点，因此需要额外的能量，从而提高材料的强度。另外，碳量子点的本质形状是球形，对任意原子面上的位错具有相同阻力，可以保证材料强度的各向同性。特别地，由于碳量子点的化学性质稳定，在变形过程中几乎不会发生颗粒长大或与基体反应，从而保证了材料强度的稳定性。