受生物启发的多尺度异质层状结构提升了铜基复合材料的强度和延展性

《Science China-Materials》：Bioinspired multi-scale heterogeneous layered structure enhances strength and ductility of copper matrix composites

多尺度异质层状复合材料通过交替堆叠Cu-Ti层和GNPs/Cu层实现强度与延展性平衡，β-Cu4Ti片状化合物与石墨烯纳米片协同增强力学性能，热处理和冷轧调控增强相尺寸分布。

　　

摘要

在具有特定结构的复合材料中，合理调控增强相的结构和分布能够同时提高材料的强度和延展性。诸如网络状、层状和柱状结构等典型结构已被证明可以有效提升复合材料的强度和延展性。然而，由于增强相的尺寸范围狭窄、分布不均以及界面结合力较弱等问题，复合材料的性能尚未得到充分利用。本文介绍了一种受生物启发的多尺度异质层状复合材料（MHLC），它在强度和延展性之间实现了最佳平衡。这种异质层状结构由交替堆叠的Cu-Ti层和GNPs/Cu层组成：Cu-Ti层中含有均匀分布的板状β-Cu₄Ti金属间化合物，而GNPs/Cu层则含有层状石墨烯纳米片（GNPs）。此外，通过热处理和冷轧可以调节增强相的尺寸、分布和形状，从而在强度和延展性之间达到平衡。我们分别进行了分子动力学模拟和有限元模拟，以研究β-Cu₄Ti的结构演变以及增强相对拉伸性能的影响。我们的研究结果为探索多尺度异质层状结构在提升复合材料强度和延展性方面的潜力提供了重要参考。