二氧化钼量子点强化铜复合材料

最近发表在《材料科学与工程》杂志上的一项研究的主题是开发一种水热技术，用于生成连桥式二氧化钼量子点，以改善铜复合材料的物理和机械特性。

由于其优越的电气性能、热传导性和化学惰性，铜及其复合材料已被广泛地用作工程应用中的结构部件。铜基复合材料（CMCs）是最有吸引力的材料，适用于需要卓越的温度耐受性和微观结构耐久性的技术应用。

如今，为了适应许多领域的需求，包括航空航天、电气化铁路线、汽车和电子，铜基复合材料需要有更强大的整体性能。因此，不同的加固材料对铜金属基复合材料的长期发展至关重要。在CMC中加入纳米颗粒作为增强材料是一种可行的技术，可以改善其机械特性以满足这些不断增长的需求。金属氧化物、碳化物和氮化物的纳米颗粒经常被用来加固铜结构。

（图片来源：W. Tong/Materials Science & Engineering）

钼（Mo）由于其高弹性模量、韧性和低廉的成本而受到科学界的极大关注。由于纳米复合材料框架中的协同作用，二氧化钼（MoO₂）的引入可以大大增加摩擦的减少和铜基体的降解行为。

纳米材料增强的CMC要想获得良好的整体性能，就必须在复合材料中具有强大的界面附着力和均匀的增强剂分散性。然而，随着增强剂浓度的增加，纳米颗粒的聚集已成为这些复合材料实际应用的一个主要障碍。

增强型纳米颗粒在铜基体中的聚集会引起应力积累，导致早期微裂纹的形成和机械特性的退化。为了增加纳米增强材料的均匀分散性，可以采用几种技术，如物理合金化、原位生产、水热工艺、化学涂层、分子级混合和喷涂热解。水热法是最广泛采用的，因为要生产的纳米材料的浓度可以通过液相或多相化学过程进行良好的调节。

在这项研究中，研究人员使用一种简单的水热方法，创造了独特的桥状和连接的二氧化钼量子点（MoO₂ QDs）。由于互联结构的脆性，生成的MoO₂量子点在合金化过程中可能很容易被打破并均匀地散布到铜基材中。氢气还原程序被用来生产铜复合体。最后，使用不同的表征方法对复合材料的加固进行了彻底的检查和处理。

X射线衍射（XRD）技术被用来检查铜复合材料的相。利用X射线光电子能谱仪（XPS）对MoO₂ QDs的相结构进行了检查，铝靶作为激发源。使用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）检查了复合材料的结构特性和拉伸断裂形态。

在这项研究中，研究人员通过采用水热法强化铜基复合材料（CMCs），创造出独特的MoO₂量子点。由于MoO₂量子点的相互连接结构和脆性，在球磨法中，MoO₂量子点很容易被打破并散布到铜基体中。复合材料的机械特性可以通过改变MoO₂的数量来调整。基于MoO₂ QDs的适当分布，MoO₂和铜之间的内聚作用和复合材料的机械特性可以得到协同增强。

（图片来源：Intothelight Photography/Shutterstock.com）

用二氧化钼量子点强化铜复合材料，使屈变力和极限拉伸强度得以增加，同时保持了良好的导电性和伸长率。这项题为“Improving mechanical properties of copper composite by interconnected MoO₂ quantum dots”的研究已发表在《材料科学与工程》, A (2022)上。该研究主要由W. Tong, Y. An, C. Bao, D. Fang, M. Wang, J. Yi主导。

这项研究为创造铜基复合材料奠定了基础，它可以改变增强颗粒的形状以改善其分散性。这一发现有望在不久的将来为扩大纳米颗粒增强复合材料的用途开辟道路。