通过激光增材制造在金属中原位构筑三维石墨烯网络以实现强韧性协同

《Nature Communications》：In-situ architecturing of 3D graphene networks in metals via laser additive manufacturing for strength-toughness synergy

　　

摘要

将二维纳米材料集成到三维块体金属中以同时实现高强度和高韧性仍然具有挑战性。传统的石墨烯增强金属基复合材料（MMCs）制备方法往往导致石墨烯层团聚和界面结合不良。在此，我们报告了一种变革性的制造策略，该策略能在金属基体中自发构建三维石墨烯网络。利用激光粉末床熔融结合镍/聚合物前驱体系统的快速热循环，我们驱动高质量石墨烯的原位共形生长，包裹打印出的镍支架。随后的热压将预设计结构致密化为块体复合材料，保留了连续的三维石墨烯网络。这种结构复合材料表现出显著的强度 - 塑性协同效应，极限抗拉强度提升了 72%（648 MPa），而未牺牲塑性（伸长率 54%）。我们的方法将增材制造从一种成型技术转变为精确控制增强结构的有效平台，为制造高性能 MMCs 建立了一条可行路线。