石墨烯增强铜基复合材料在制备过程中仍面临石墨烯结构损伤及石墨烯与铜之间界面结合不良的挑战。本文，大连理工大学王同敏教授团队在《Carbon》期刊发表名为“A novel strategy of dual in-situ synthesis for graphene/Cu composites with high strength and high electrical conductivity”的论文，研究提出了一种创新的双原位合成策略，采用四水合钇乙酸盐（YACT）作为多功能前驱体。原位热分析表明，YACT分解过程中产生的有机气体（C2H2）是石墨烯形成的主要碳源，而释放的还原性气体（H2）作为还原剂，避免了额外的还原步骤。
值得注意的是，YACT分解产生的残留Y2O3纳米颗粒通过石墨烯与铜基体之间的双重协同桥接，建立了强健的界面耦合。这种独特架构使界面载流子传输效率提升231%，实现了石墨烯理论强度的充分利用。优化后的复合材料展现出卓越的力学-电学协同性能：抗拉强度达453 MPa（纯铜的256%）、延展性为25.1%，以及99.2%的IACS电导率。这些发现表明，优先分析固体碳源的热分解产物可优化铜-石墨烯复合材料的设计。此外，消除外部还原过程并协同整合前驱体分解与界面工程，可实现高性能铜-石墨烯复合材料的规模化生产。
图1. Schematic diagram of the dual in-situ synthesis strategy.
本研究提出了一种通过双原位策略利用钇乙酸四水合物（YACT）制备石墨烯增强铜复合材料的创新方法。在烧结过程中，YACT的热分解同时生成石墨烯和Y₂O₃纳米颗粒。原位热分析表明，YACT分解过程中产生的C2H2是石墨烯形成的主要碳源，而释放的H2确保了石墨烯的质量并消除表面氧化物，从而保持了优异的电导率。关键的是，最终稳定的固体产物Y2O3纳米颗粒与石墨烯和铜基体形成了双重一致的界面，解决了铜-石墨烯复合材料中长期存在的界面不匹配问题。这种相干界面结构显著提升了载荷传递效率，同时保持了石墨烯的结构完整性和电子特性，使复合材料实现惊人的抗拉强度453 MPa（纯铜的256%），同时具备25.1%的延展性和99.2%的IACS导电率。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120645
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