Nano Letters

在本工作中，研究团队以石墨烯-纯铝复合材料[氧化石墨烯(graphene oxide, GO)/铝(Al)]作为模型材料，通过逐层Al薄膜沉积-石墨烯旋涂技术，获得了Al单层厚度为30nm的GO/Al纳米砖砌构型复合材料。进而通过单轴压缩实验，在复合材料纳米柱中实现了超过1GPa的压缩强度，接近铝基体的理论强度，同时实现了超过30%的均匀压缩应变。结合高分辨透射电子显微技术（High-resolution transmission electron microscopy, HRTEM）、拉曼光谱-扫描电子显微镜联用技术（Raman spectroscopy & Scanning electron microscopy, Raman & SEM）和分子动力学模拟（Molecular dynamics simulation, MD），研究人员发现复合材料中超高的强度和塑性来源于纳米砖砌构型复合界面对位错形核与扩展的阻碍作用、应力诱导石墨烯晶态到非晶态转变引起的高能量耗散，以及纳米铝层与复合界面层之间的协同变形能力。

<span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9); font-family: system-ui, -apple-system, " system-ui",="" "helvetica="" neue",="" "pingfang="" sc",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" font-size:="" 15px;="" letter-spacing:="" 0.544px;="" text-align:="" justify;="" text-indent:="" 30px;"="">该进展发现了在仿生砖砌构型石墨烯/金属复合材料中，当金属基体特征尺度减小到与石墨烯增强体相当时，不仅可以实现接近理论值的超高强度，而且能够激活石墨烯非晶化的能量耗散新机制，促进增强体-基体的协同变形，避免界面应力集中，实现强度和韧性的协同提升。同时，该进展验证了在仿生构型化金属基复合材料中通过极限尺度设计实现极限性能的可行性，为轻质超优性能金属基复合材料的创制提供理论参考，支撑金属基复合材料在国家重大需求领域的关键应用。

上海交通大学材料学院