一种Zr??Hf??Ni??Cu??Al??高熵块状金属玻璃的独特结晶行为，其中包含一种高熵的cF96相

《Journal of Alloys and Compounds》：Unique crystallization behavior of a Zr 33Hf 25Ni 10Cu 20Al 12 high-entropy bulk metallic glass featuring a high-entropy cF96 phase

同时提升铜基材料强度与导电性的协同策略研究。通过精确设计的界面工程实现石墨烯均匀分散，结合真空热 pressing与80%冷轧，在保持高电导率（104.27% IACS）的前提下显著增强力学性能（351MPa tensile strength）。该工艺突破传统合金化导致的导电性下降问题，为高性能铜基复合材料开发提供新路径。

　　铜基材料在强度与电导率之间存在固有的性能权衡，这使得同时提升这两项性能成为一项极具挑战性的任务。为了克服这一难题，研究人员探索了多种方法，其中引入石墨烯作为增强相引起了广泛关注。石墨烯以其优异的载流子迁移率和独特的物理化学性质，被认为是增强铜基材料性能的理想选择。然而，石墨烯与铜之间的界面润湿性差以及极低的互溶性，导致其在铜基体中的均匀分散和有效结合成为技术难点。因此，如何通过合理的工艺设计，实现石墨烯的均匀分布并保持材料的高导电性，成为本研究的核心目标。

本研究采用了一种创新的制备方法，通过精确的界面设计，将石墨烯嵌入铜基体中，从而实现其均匀分散。在此基础上，真空热压后进行冷轧处理，不仅显著提升了石墨烯/铜复合材料的机械强度，同时保持了其高电导率。此外，通过控制石墨烯的垂直取向，进一步增强了材料的性能。实验结果表明，当石墨烯垂直取向并经过80%的冷轧减薄时，材料表现出优异的综合性能：抗拉强度达到351 MPa，延伸率11.4%，电导率104.27% IACS。这些数据表明，通过石墨烯增强的铜复合材料，可以实现机械强度与电导率之间的良好平衡，并且具有可扩展的制造潜力。

高纯度铜（Cu）因其优异的电导率和良好的加工性能，被广泛应用于电力传输线路、电气母线和集成电路引线框架等电气基础设施领域。然而，随着现代电子设备向微型化和高功率密度方向发展，对具有高机械强度和高电导率的先进铜基材料的需求日益增长。因此，研究者们致力于开发能够同时满足强度和导电性要求的材料体系。目前，已有多种策略被用于提升铜基材料的机械强度，如添加合金元素（如银、镁、铬）以实现沉淀强化。然而，这些合金化策略通常会引入晶格畸变，从而加剧电子散射，特别是电子-声子相互作用，进而降低电导率。

为了进一步改善铜基材料的性能，研究者们开始关注铜基复合材料。石墨烯因其卓越的载流子迁移率和独特的结构特性，被认为是增强铜基材料性能的首选材料。理论上，将石墨烯的高载流子迁移率与铜的高电子密度相结合，可以显著提升铜/石墨烯复合材料的电导率。此外，许多研究已经表明，石墨烯增强的铜复合材料在机械、热、电和抗腐蚀性能方面均表现出显著的提升。例如，有研究使用了石墨烯氧化物（rGO）、石墨烯纳米片（GNPs）和石墨烯纳米带（GNRs）等石墨烯衍生物作为增强相，以期获得更优的综合性能。然而，这些研究在提升电导率方面取得的成果有限，甚至出现了电导率下降的情况。这主要是由于石墨烯与铜之间较差的界面润湿性和极低的互溶性所致。

为了解决石墨烯在铜基体中的分散问题，已有研究提出了一些可行的方案。例如，有研究者采用化学气相沉积（CVD）技术，在商业铜箔的两侧沉积单层石墨烯，随后通过层叠和热压工艺制备出石墨烯/铜复合材料。这种方法不仅实现了石墨烯的均匀分布，还显著提升了材料的电导率。值得注意的是，即使在极低的石墨烯体积分数（仅0.008 vol%）下，所制备的复合材料仍表现出较高的电导率，甚至超过了纯银的电导率。这表明，通过合理的工艺设计，石墨烯增强的铜复合材料在提升电导率方面具有巨大的潜力。

在本研究中，我们进一步优化了这一工艺，并结合冷轧处理，探索了其对材料性能的影响。通过将大量的石墨烯/铜/石墨烯箔层叠后进行真空热压烧结，我们成功制备出具有优异性能的石墨烯/铜层状复合材料。在此基础上，我们系统地研究了冷轧减薄程度和石墨烯取向对材料微观结构和性能的影响。实验结果表明，通过冷轧处理，材料的机械强度得到了显著提升，而电导率则保持在较高水平。同时，石墨烯的垂直取向进一步增强了材料的综合性能。这些发现不仅为铜基复合材料的制备提供了新的思路，也为实现机械强度与电导率之间的良好平衡提供了实践依据。

此外，本研究还探讨了冷轧处理对材料微观结构的具体影响。通过电子背散射衍射（EBSD）表征，我们观察到冷轧处理显著改变了铜基体的晶粒结构，使其更加细化，并且沿轧制方向产生了较强的晶粒取向。这种结构变化有助于提升材料的机械强度，同时保持其高电导率。我们还通过透射电子显微镜（TEM）分析了材料的微观结构，进一步验证了冷轧处理对石墨烯/铜复合材料的影响。结果显示，冷轧处理不仅改善了材料的塑性变形能力，还增强了其强度性能。这种增强效应主要归因于冷轧过程中产生的微观结构变化，如晶粒细化、位错密度增加以及界面结构的优化。

为了更全面地评估材料的性能，我们还进行了拉伸测试和电导率测量。拉伸测试结果显示，冷轧处理显著提升了材料的抗拉强度和延伸率，而电导率则保持在较高水平。这表明，通过合理的工艺设计，可以实现机械强度与电导率之间的协同提升。同时，石墨烯的垂直取向进一步优化了材料的性能，使其在高应力条件下仍能保持良好的导电性。这些结果不仅为铜基复合材料的制备提供了新的思路，也为未来在高性能电子设备中的应用奠定了基础。

综上所述，本研究通过精确的界面设计和冷轧处理，成功实现了石墨烯/铜复合材料的机械强度与电导率的协同提升。这种制备方法不仅具有良好的可扩展性，而且能够在较低的石墨烯添加量下获得优异的综合性能。未来的研究可以进一步探索不同石墨烯形态对材料性能的影响，以及如何通过优化工艺参数，实现更优的性能组合。这些研究将有助于推动铜基复合材料在高端电子设备和新能源领域的应用，为实现更高效、更可靠的电气连接提供新的材料解决方案。