采用原子力顯微鏡下的納米壓痕法對石墨烯和金屬涂層石墨烯納米復合粉體的納米尺度力學性能進行了評價。然后用第一性原理計算得到的數據對所得結果進行了驗證。采用改進的Hummer法合成的石墨烯具有~1.1 nm厚度的層狀結構。采用原位共還原法合成了金屬包覆石墨烯納米復合粉體，包括銅包覆石墨烯粉體(Cu@石墨烯)和鎳包覆石墨烯粉體(Ni@石墨烯)。通過納米壓痕試驗得到石墨烯、Cu@石墨烯和Ni@石墨烯的楊氏模量平均值分別為0.98 TPa、1.03 TPa和1.06 TPa，利用第一性原理計算得到的楊氏模量平均值分別為1.051 TPa、1.07 TPa和1.10 TPa。計算得到的金屬與石墨烯之間的結合能值，Cu@石墨烯為-1.54 eV, Ni@石墨烯為- 3.85 eV。碳原子與金屬原子之間的電荷轉移顯著地提高了C-C鍵和金屬鍵的鍵強。
圖1. (a)石墨烯模型，(b)(111)/石墨烯Top模型，(c)(111)/石墨烯Hollow模型，(d)(111)/石墨烯Bridge模型。
圖2. (a)石墨烯和(b) Ni@石墨烯表面形貌的SEM圖像。
圖3. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的TEM圖像。
圖4. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的XRD圖。
圖5. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的拉曼光譜。
圖6. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的AFM圖像。
圖7. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的力-距離曲線和力-壓痕曲線。
圖8. (a)石墨烯，(b) Cu@石墨烯， (c) Ni@石墨烯的楊氏模量的直方圖和高斯擬合。
圖9. (a)石墨烯的能帶結構(圖示在費米能級放大)，(b)石墨烯的態密度。
圖10. Cu(111)/石墨烯三種吸附模型的能帶結構圖和態密度圖：(a,d)Top，(b,e)Hollow，(c,f)Bridge。
圖11. Ni(111)/石墨烯三種吸附模型的能帶結構圖和態密度圖：(a,d) Top， (b,e) Hollow， (c,f) Bridge。
相關研究成果由西安理工大學材料科學與工程學院Wenge Chen和諾森比亞大學工程與環境學院Yong-Qing Fu等于2022年發表在Materials Today Communications (https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104731)上。原文：Nanoscale mechanics of metal-coated graphene nanocomposite powders。
轉自《石墨烯研究》公眾號
