铜基复合材料面临固有的强度与导电性权衡问题，限制了其高端应用。受骨骼与竹材启发，本文，上海交通大学熊定邦 研究员团队在《Materials Research Letters》期刊发表名为“Strength and electrical conductivity synergy in graphene/copper composites with oriented multicore architecture”的论文，研究制备了仿生定向多芯复合材料（BOMC）。其通过自组装与切割重组形成的双网络系统包含：承重网络（DIGFs/Cu亚单元）与电子传输网络（DIGFs与铜套管）。该设计实现了前所未有的协同效应：DIGFs/Cu单元通过高密度位错与应力分散增强机械强度，而纯铜通路与导电DIGFs则保障了高导电性。这项工作有效缓解了性能权衡矛盾，为分级结构设计提供了新策略。
图1、(a) Microstructure of bone and bamboo. (b) Schematic of the BOMC wire preparation process. (c) Schematic diagram of structure-function synergy of bamboo and BOMC.
本研究从自然界的分层结构-性能协同效应中汲取灵感，设计出具有双网络系统的仿生石墨烯/铜复合材料。微观结构表征证实，冷拉工艺不仅细化了晶粒尺寸，还诱导形成了双晶界晶粒（DIGFs）。这些DIGFs在基体中呈现同心环状取向，在晶界钉扎中发挥关键作用，即使经过高温退火处理，仍能有效抑制再结晶与晶粒粗化。冷拉状态下，材料展现出597MPa的抗拉强度和92.6% IACS的电导率。透射电子显微镜观察与有限元模拟揭示了性能优化的内在机制：在力学层面，定向多芯结构通过界面位错堆积与应力分布实现强度提升；在电学层面，纯铜通路与高导电DIGFs共同保障高导电性；同时DIGFs与变形孪晶的协同作用确保退火后仍保持高强度。综上，本研究突破性地实现了复合材料在力学性能与电学性能的双重优化。电学层面，纯铜通路与高导电性DIGFs共同保障了卓越导电性。此外，DIGFs与变形孪晶的协同效应使材料在退火后仍能保持高强度。综上，本研究突破了传统强度-导电性权衡关系，更为关键的是为开发兼具矛盾性能要求的先进材料提供了新策略。
文献：https://doi.org/10.1080/21663831.2026.2617410
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
