合金元素对液相法制备的Graphene/Al复合材料界面反应及性能的影响规律研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51501047
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    杨文澍
  • 依托单位：
    哈尔滨工业大学
  • 学科分类：
    E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The research of graphene/Al composites is at its preliminary stage, and graphene has been found to act as a very effective reinforcement in an aluminum matrix. Currently, the main techniques to prepare graphene/Al composites are powder metallurgy processing, and the research using liquid metallurgy method to fabricate graphene/Al composites has not been reported yet. Moreover, the strengthening mechanism in graphene/Al composites has not been fully understood yet. One of challenges to prepare graphene/Al composites by liquid metallurgy method is to inhabit the interfacial reaction between graphene and Al, which leads to the formation of destructive product (Al4C3). Our previous work indicate that liquid metallurgy method (pressure infiltration method) is a feasible and successful way to prepare graphene/Al composites, while addition of Si element in Al matrix demonstrate significantly inhabitation effect on the interfacial reaction between graphene and Al. However, the corresponding inhabitation mechanism has not been investigated yet. In the present project, the graphene/Al composites will be prepared by pressure infiltration method. Via adjusting the amount of Si and Mg elements in Al matrix and the content of graphene, the effect of Si and Mg elements on the interfacial reaction behavior of graphene/Al composites will be deeply investigated. It will be beneficial to the enrichment of the fundamental data of matrix alloying design for control the reaction between graphene and Al. Moreover, the investigation of the relationship among microstructure, mechanical and thermo-physical properties will provide experimental support for the design of graphene/Al composites.
国内外对石墨烯/Al复合材料的研究尚处于起步阶段，但均表明石墨烯是一种强化效率非常高的增强相。目前其主要制备方法为固相法，采用液相法制备石墨烯/Al复合材料的相关研究尚未见文献报导，其强化机制也不明确。液相法制备石墨烯/Al复合材料的主要难点之一是界面反应的抑制。申请人前期工作表明液相法——压力浸渗法是制备石墨烯/Al复合材料的一种有效的方法，并且加入Si元素可以明显抑制石墨烯与铝基体的界面反应，但其作用机理尚缺乏深入研究。本项目以压力浸渗法制备的石墨烯/Al复合材料为对象，通过调整基体中Si和Mg元素含量和石墨烯含量等，研究合金元素(Si和Mg)对石墨烯-Al界面反应的作用机理，丰富基于石墨烯-Al体系界面反应控制的基体合金设计的基础数据；同时对石墨烯/Al复合材料微观结构与力学、热物理性能相关规律进行研究，为石墨烯/Al复合材料的设计提供试验数据支持。

结项摘要

石墨烯与Al的界面结构直接影响石墨烯的强化效果。本项目分别开展了石墨烯/Al-Si复合材料、石墨烯/Al-Mg复合材料和石墨烯/Al-Si-Mg复合材料的制备、显微组织与性能研究，研究了Si、Mg合金元素对石墨烯-Al界面反应行为和石墨烯/Al复合材料的性能的影响，探讨Si、Mg元素对石墨烯-Al界面反应的作用机理。. 研究表明，在Al-Si基体中，石墨烯加入后起到了变质剂的作用，将粗大针状初晶Si变为细小球状；但Al-10Si中，观察到了棒状的Al4C3和纳米SiC；而在Al-20Si中，石墨烯与Al基体界面结合良好，界面洁净，无明显界面反应产物，未观察到Al4C3相，表明Si元素的加入有利于抑制复合材料中Al4C3相的形成；对比GO/5083Al复合材料和GNPs/5083Al复合材料的界面组织，发现石墨烯缺陷越多，Al4C3界面反应越严重，同时发现Mg元素向石墨烯表面偏聚，从而对Al-C不良界面反应起到了抑制作用；而在GNPs/Al-Si-Mg复合材料中，发现Si、Mg在石墨烯界面处偏聚析出，从而减少Al4C3的含量和尺寸；热力学计算结果表明，加入Si元素，有利于通过生成SiC而抑制Al4C3相的生成，但浸渗温度越高，抑制Al4C3的临生成界Si含量越高；提高Mg元素的含量，可以通过生成Al3Mg2来抑制Al4C3的生成。. 石墨烯加入提高了复合材料的弹性模量和强度，但Al4C3的生成弱化了石墨烯的强化效果；挤压处理后，复合材料的强度、模量、延伸率等性能均得到提高；基于剪切滞后模型，分析了石墨烯/Al复合材料的强化行为；同时石墨烯加入有利于提高复合材料的导热性能，并降低复合材料的热膨胀系数；但高含量的石墨烯加入后，由于界面热阻的增加，复合材料的热导率反而下降。. 通过三年的研究工作，本项目共发表SCI论文15篇；申请发明专利3项，其中授权发明专利2项；参加了7次国内外会议；培养硕士3名，学士2名。本项目研究结果将丰富基于石墨烯-Al体系界面反应控制的基体合金设计的基础数据，同时本项目揭示了石墨烯/Al复合材料微观结构与力学、热物理性能相关规律，为石墨烯/Al复合材料的设计提供试验数据支持。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Microstructure and tensile properties of 5083 Al matrix composites reinforced with graphene oxide and graphene nanoplates prepared by pressure infiltration method
压力渗透法制备氧化石墨烯和石墨烯纳米片增强5083铝基复合材料的微观结构和拉伸性能
  • DOI：
    10.1016/j.compositesa.2018.03.009
  • 发表时间：
    2018-06-01
  • 期刊：
    COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING
  • 影响因子：
    8.7
  • 作者：
    Shao, Puzhen;Yang, Wenshu;Wu, Gaohui
  • 通讯作者：
    Wu, Gaohui
Mechanical properties of Al matrix composite reinforced with diamond particles with W coatings prepared by the magnetron sputtering method
磁控溅射法制备W涂层金刚石颗粒增强Al基复合材料的力学性能
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2017.11.183
  • 发表时间：
    2018-02-25
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Chen, Guoqin;Yang, Wenshu;Wu, Gaohui
  • 通讯作者：
    Wu, Gaohui
Strengthening behavior in high content SiC nanowires reinforced Al composite
高含量 SiC 纳米线增强 Al 复合材料的强化行为
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2015.09.043
  • 发表时间：
    2015-11
  • 期刊：
    Materials Science & Engineering A
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhenhe Yu;Ping Wu;Murid Hussain;Gaohui Wu
  • 通讯作者：
    Gaohui Wu
Strengthening behavior in SiC nanowires reinforced pure Al composite
SiC纳米线增强纯铝复合材料的强化行为
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2016.11.134
  • 发表时间：
    2017-02
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Xin Ling;Yang Wenshu;Zhao Qiqi;Dong Ronghua;Wu Ping;Xiu Ziyang;Hussain Murid;Wu Gaohui
  • 通讯作者：
    Wu Gaohui
Graphene nanoflakes reinforced Al-20Si matrix composites prepared by pressure infiltration method
压力渗透法制备石墨烯纳米片增强Al-20Si基复合材料
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2017.06.027
  • 发表时间：
    2017-07-17
  • 期刊：
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Yang, Wenshu;Chen, Guoqin;Wu, Gaohui
  • 通讯作者：
    Wu, Gaohui

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其他文献

纳米复合材料界面调控与强化机制研究进展
  • DOI：
    10.7502/j.issn.1674-3962.202006012
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    鞠渤宇;杨文澍;武高辉
  • 通讯作者：
    武高辉
片状粉末冶金的石墨烯/铝基复合材料制备过程控制与力学性能
  • DOI：
    10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000184
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    航空材料学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    鞠渤宇;宋义伟;赵博阳;姜义君;杨文澍;武高辉
  • 通讯作者：
    武高辉

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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