石墨烯(Gr)增強金屬基復合材料的加工規模和機械性能對于很多應用是非常需要的。然而，一個長期存在的問題是Gr具有差的分散性，且與金屬基質的弱界面強度。在這項工作中，提供了一種原位液體冶金策略，通過二氧化碳(CO2)和鎂熔體之間的化學反應，制備得具有優異模量、強度和塑性的鎂基復合材料。該工藝路線能夠同時在金屬熔體中原位合成和改性Gr，從而產生最佳的微觀結構，包括Gr的均勻分散以及Gr與鎂基體之間的強界面結合。這種新的方法可以很容易地擴展到鎂基復合材料的大規模工業生產，甚至為制造金屬基復合材料提供了一種通用的設計途徑。
Figure 1. 通過原位氣-液反應制備Gr/Mg-6Zn 復合材料的示意圖。(a) 鎂熔體中的原位氣-液反應；(b) 壓力鑄造；(c) 熱擠壓。
Figure 2. 原位生長的Gr的典型形貌和結構。(a) Gr粉末的光學圖像；(b) XRD圖譜；(c) N2 吸附/解吸等溫線，插圖展示了孔徑分布；(d) 和 (e) 不同放大倍數下的 SEM 圖像；(f) TEM 圖像；(g) SAED 模式；(h) HR-TEM 圖像；(i) 沉積在云母和珊瑚上Gr的AFM 圖像。
Figure 3．(a)在Mg-6Zn復合材料中Gr的透射電鏡圖像；(b)經MgO納米粒子修飾的Gr的HAADF圖像；(c) HRTEM圖像，插圖顯示了MgO的FFT圖；(d)元素映射圖像對應于圖4b。
Figure 4．(a)擠壓的Mg-6Zn合金和具有不同Gr體積分數的Gr/Mg-6Zn復合材料的拉伸應力-應變曲線；（b）比較了增強和硬化效率。
Figure 5.（a）鎂熔體中Gr生長和表面改性的示意圖；（b）Gr的HAADF圖；(c) EDS元素映射圖；(d)氧化鎂改性Gr。
該研究工作由哈爾濱工業大學Hailong Shi課題組于2021年發表在Carbon期刊上。原文：Direct synthesis and modification of graphene in Mg melt by converting CO2: A novel route to achieve high strength and stiffness in graphene/Mg composites。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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