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在“石墨烯增强超薄复合电解铜箔”领域取得重要进展

已有 1210 次阅读 2020-5-15 10:39 |系统分类:论文交流

宋贡生2篇一区SCI论文:在“石墨烯增强超薄复合电解铜箔”领域取得重要进展

电解铜箔是覆铜板(CCL)、印制电路板(PCB),以及锂离子电池负极集流体制造的重要的原材料。例如,在锂离子电池内,电解铜箔既当负极活性材料的载体,又充当负极电子收集与传导体。

一般来讲,在工业上,按照厚度可以将铜箔分为厚铜箔(>70 μm)、常规铜箔(18 μm ~ 70 μm)、薄铜箔(12 μm ~18 μm)、超薄铜箔(<12 μm)。超薄铜箔由于其强度低,极易出现折皱、撕裂等情况,制备、运输和应用都十分困难。

在商业应用上,制备超薄、高强度和高导电性的铜箔是追求的目标,也是一个挑战。

武汉大学物理科学与技术学院潘春旭教授课题组长期致力于碳纳米材料的研究与应用。其中,博士生宋贡生在读书期间,以“电化学法制备金属-石墨烯复合材料及其应用”为研究方向,发表了多篇SCI论文。2020年初,他又在“石墨烯增强超薄复合电解铜箔”领域取得重要研究进展,在国际著名期刊《Materials and Design》(材料科学1区,IF5.77)和《Composites Part B: Engineering》(工程技术1区,IF6.864)上连续发表2篇论文。主要创新性成果如下:

1、提出了一种制备“三明治型铜/石墨烯/铜超薄复合箔”的新方法。制备原理为:利用铜离子能够通过氧化石墨烯薄膜的特点,首先在不锈钢基板上制备了一层氧化石墨烯薄膜;然后,根据铜在不同基体上沉积电位的差异,设计了一个电位阶跃,即,较低的过电位条件用于沉积底部铜层,而较高的过电位用于沉积顶部铜层;厚度可以通过沉积时间进行控制。实验结果显示:1)铜/石墨烯/铜复合箔的厚度低至4微米,同时抗拉强度提高近一倍;2)高的抗拉强度归因于石墨烯的载荷转移效应以及石墨烯与铜之间强的界面结合; 3)该方法简单、易操作,可以实现工业化生产,同时也可以用于其它金属-石墨烯复合层状材料的制备。研究成果发表在《Materials and Design》(2020, 191, 108629. (10 pages))上,并获得授权国家发明专利1项。

2、受到碳纳米材料之间具有Π-Π键合作用的启发,开发了一种碳纳米管+氧化石墨烯杂化复合增强相,利用直流电沉积法制备了一种“铜-(碳纳米管+石墨烯)超薄复合箔”。实验结果显示:1)氧化石墨烯可以使碳纳米管在电解液中稳定分散,2)铜-(碳纳米管+石墨烯)超薄复合箔的厚度低至4微米,同时具有高的力学性能(达到436MPa),耐蚀性能(腐蚀电流密度达到1.361×10-6)以及抗氧化性能;该项研究为超薄铜箔的工业化制备提供了理论依据和可行性。研究成果发表在《Composites Part B: Engineering》(2020, 187: 107841 (10 pages))上。

这些研究成果进一步有望实现大面积的工业化制备与应用。


相关论文信息:

1Gongsheng Song(宋贡生), Qing Wang, Li Sun, Sishi Li, Yafei Sun, Qiang Fu, Chunxu Pan*“One-Step Synthesis of Sandwich-type Cu/graphene/Cu Ultrathin Foil with Enhanced Property via Electrochemical Route”Materials and Design2020, 191, 108629. (10 pages)材料科学1区,IF5.77)(https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108629Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108629.


2Gongsheng Song(宋贡生), Li Sun, Sishi Li, Yafei Sun, Qiang Fu, Chunxu Pan*: “Synergistic Effect of Graphene and CNTs on Preparing Ultrathin Cu-(CNTs+Gr) Composite Foil via Electrodeposition”, Composites Part B: Engineering, 2020, 187: 107841 (10 pages).工程技术1区,IF6.864)(https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.107841 Supplementary data to this article can be found online at https://doi. org/10.1016/j.compositesb.2020.107841.


3)授权发明专利:潘春旭,宋贡生,杨延鹏:“一种石墨烯增强铁基复合材料的制备方法”,专利号:ZL201810307237.2,申请日期:2018年04月08日,授权公告日:2020年04月14日,授权公告号:CN 108411350 B。

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