Graphene/metal composites have been attracting much attention according to the recent trend of high strength and light weight of metal. In order to effectively strengthen metal by incorporating graphene, it is important to evenly disperse graphene flake within the metal matrix without aggregation of graphene flake. In order to do so, the mixing process plays a crucial role. The most commonly utilized method molecular level mixing method. For this method, the presence of functional groups on graphene surface is crucial since they act as nucleation site of metal particle. However, pristine graphene have no functional groups on its surface, it has been difficult to apply molecular level mixing method. In this study, the surface of non-oxidized graphene flakes (NOGFs) was decorated with non-covalently bonded functional groups which can act as nucleation sites without damaging graphene property. The NOGFs exfoliated from the graphite intercalation compound (GIC) shows very low defect density with an average size of $1~2 \mu m$. Pyrene butyric acid (PBA) was non-covalently functionalized on NOGFs surface to act as nucleation sites. The final graphene/copper composite was fabricated by spark plasma sintering, which does not damage graphene due to low processing temperature. The resulting composite showed 22% increase in Young's modulus at 1 vol% compared to that of pure copper and 4% increase in tensile strength. At 2 vol%, the Young's modulus and tensile strength were enhanced by 6% and 8%, respectively.
그래핀의 높은 기계적 특성(130 Gpa 인장강도, 1 Tpa 영률)을 이용하여 재료의 기계적 강도를 강화시키려는 연구는 지속적으로 진행되어 왔으며 많은 연구에서 성능 향상을 보고하고 있다. 최근 본 연구팀은 산화 그래핀 위에 구리 입자를 성장시켜 구리와 그래핀을 화학적으로 결합하여 강화된 그래핀/구리 복합체를 제조하여 보고하였다. 산화 그래핀은 표면의 기능기에 금속 이온이 결합하여 금속 입자 성장 시에 결정핵이 생성될 수 있는 자리를 가지는 장점이 있지만 기능기의 존재로 인해 그래핀 면에 결함 밀도가 높아 그래핀의 기계적 특성이 저하된다. 기계적 특성이 저하로 인해 복합체의 기계적 강도의 증가 효과에 손실을 주기 때문에 기계적 특성이 높은 그래핀을 사용할 경우 복합체의 기계적 강도 향상 효과를 극대화 할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 흑연 층간 삽입 화합물로부터 제조된 결함이 적은 그래핀을 사용하여 복합체의 기계적 강도 향상 효과를 증진시키고자 한다. 동시에 비공유 기능기화를 통해 기능기가 없는 그래핀의 분산성을 확보하여 분자 수준의 혼합을 통해 최종적으로 그래핀/구리 복합체의 기계적 강도를 증가시켰다. 그래핀이 1 vol%비율로 넣어진 복합체는 각각 22%의 영률 향상과 4%의 인장 강도 향상을 보였다.
