纯铜虽具备优异导电性，但强度偏低限制了其在众多工程领域的应用；同时，纯铜热稳定性较差，难以适用于高温工况环境。因此，实现铜基复合材料综合性能的协同平衡，已成为近年来材料领域的研究前沿与热点。其中，石墨烯凭借优异的面内导电性能与力学特性，被视作铜基复合材料理想的增强相：其强度可达130 GPa、模量高达 1 TPa，导电率达100 MS/m、热导率约5000 W/(m·K)，电子迁移率超15000 cm²/(V·s)，且具备良好高温服役性能。石墨烯/铜复合材料因此受到广泛关注，有望打破综合性能失衡这一制约行业发展的瓶颈。
然而，当前仍存在核心技术难题：石墨烯易发生堆叠团聚，且与铜基体界面结合性较差，难以充分发挥其本征优异性能，现有石墨烯/铜复合材料的性能提升效果仍十分有限。造成上述性能瓶颈的核心原因在于：石墨烯多富集分布于铜晶界处，仅能强化晶界区域，晶粒内部的增强潜力未得到充分利用，致使整体强度提升幅度有限；同时，石墨烯与铜基体界面结合较弱、电子散射加剧，进一步造成复合材料导电率与塑性下降。随着研究深入，业界亟需创新设计思路，以进一步提升石墨烯/铜复合材料综合性能。
针对上述问题，河南科技大学张毅、周孟研究团队以α-萘酚为固态碳前驱体，在铜粉表面原位生长石墨烯制备石墨烯/铜复合粉体，经热等静压致密化后，再进行动态塑性变形处理。动态塑性变形过程中，石墨烯被逐步拉长、减薄甚至破碎，进而部分向铜晶粒内部渗透。与此同时，石墨烯-铜界面附近生成变形孪晶、多层堆垛层错（MSFs）及9R相等晶体缺陷。该微观组织协同赋予复合材料490.9 MPa的高抗拉强度、导电率85.6% IACS，以及高于400℃的优异软化温度。但高强度是以牺牲塑性为代价，初始制备态下断裂伸长率仅0.1%，塑性不足限制了其工程应用场景。经 300℃退火保温20分钟后，复合材料断裂伸长率提升至17.3%，且强度与硬度仅小幅下降。此外，借助密度泛函理论计算深入阐释了石墨烯的生长机理，并对石墨烯在石墨烯/铜复合材料中的作用进行了理论计算与分析。本研究为制备综合性能优异的高性能石墨烯/铜复合材料提供了一种新颖且简便的工艺途径。
相关研究成果“Synergistic strengthening in graphene/Cu composites: Simultaneously achieving high strength, high electrical conductivity, and superior thermal stability via dynamic plastic deformation”发表在《Materials Characterization》期刊。
DOI：10.1016/j.matchar.2025.115939
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