二氧化鉬量子點強化銅複合材料

最近發表在《材料科學與工程》雜誌上的一項研究的主題是開發一種水熱技術，用於生成連橋式二氧化鉬量子點，以改善銅複合材料的物理和機械特性。

由於其優越的電氣性能、熱傳導性和化學惰性，銅及其複合材料已被廣泛地用作工程應用中的結構部件。銅基複合材料（CMCs）是最有吸引力的材料，適用于需要卓越的溫度耐受性和微觀結構耐久性的技術應用。

（圖片來源：W. Tong/Materials Science & Engineering）

如今，為了適應許多領域的需求，包括航空航太、電氣化鐵路線、汽車和電子，銅基複合材料需要有更強大的整體性能。因此，不同的加固材料對銅金屬基複合材料的長期發展至關重要。在CMC中加入納米顆粒作為增強材料是一種可行的技術，可以改善其機械特性以滿足這些不斷增長的需求。金屬氧化物、碳化物和氮化物的納米顆粒經常被用來加固銅結構。

鉬（Mo）由於其高彈性模量、韌性和低廉的成本而受到科學界的極大關注。由於納米複合材料框架中的協同作用，二氧化鉬（MoO₂）的引入可以大大增加摩擦的減少和銅基體的降解行為。

納米材料增強的CMC要想獲得良好的整體性能，就必須在複合材料中具有強大的介面附著力和均勻的增強劑分散性。然而，隨著增強劑濃度的增加，納米顆粒的聚集已成為這些複合材料實際應用的一個主要障礙。

增強型納米顆粒在銅基體中的聚集會引起應力積累，導致早期微裂紋的形成和機械特性的退化。為了增迦納米增強材料的均勻分散性，可以採用幾種技術，如物理合金化、原位生產、水熱工藝、化學塗層、分子級混合和噴塗熱解。水熱法是最廣泛採用的，因為要生產的納米材料的濃度可以通過液相或多相化學過程進行良好的調節。

在這項研究中，研究人員使用一種簡單的水熱方法，創造了獨特的橋狀和連接的二氧化鉬量子點（MoO₂ QDs）。由於互聯結構的脆性，生成的MoO₂量子點在合金化過程中可能很容易被打破並均勻地散佈到銅基材中。氫氣還原程式被用來生產銅複合體。最後，使用不同的表徵方法對複合材料的加固進行了徹底的檢查和處理。

（圖片來源：Intothelight Photography/Shutterstock.com）

X射線衍射（XRD）技術被用來檢查銅複合材料的相。利用X射線光電子能譜儀（XPS）對MoO₂ QDs的相結構進行了檢查，鋁靶作為激發源。使用場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）檢查了複合材料的結構特性和拉伸斷裂形態。

在這項研究中，研究人員通過採用水熱法強化銅基複合材料（CMCs），創造出獨特的MoO₂量子點。由於MoO₂量子點的相互連接結構和脆性，在球磨法中，MoO₂量子點很容易被打破並散佈到銅基體中。複合材料的機械特性可以通過改變MoO₂的數量來調整。基於MoO₂ QDs的適當分佈，MoO₂和銅之間的內聚作用和複合材料的機械特性可以得到協同增強。

用二氧化鉬量子點強化銅複合材料，使屈變力和極限拉伸強度得以增加，同時保持了良好的導電性和伸長率。這項題為“Improving mechanical properties of copper composite by interconnected MoO₂ quantum dots”的研究已發表在《材料科學與工程》, A (2022)上。該研究主要由W. Tong, Y. An, C. Bao, D. Fang, M. Wang, J. Yi主導。

這項研究為創造銅基複合材料奠定了基礎，它可以改變增強顆粒的形狀以改善其分散性。這一發現有望在不久的將來為擴大納米顆粒增強複合材料的用途開闢道路。

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