[發明專利]石墨烯/納米銅導電復合材料及其制備

無效

• 申請號: 201110265601.1
• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN102436862A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 莫尊理;何靜嫻;緱浩;郭瑞斌;馮超;楊佩佩
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種石墨烯/金屬納米粒子的制備方法，特別涉及一種石墨烯/納米銅復合材料的制備方法。

背景技術

自從2004年，石墨烯被發現以來，引起了全世界的研究熱潮，至今，已發現石墨烯在光、電、磁等方面都具有許多奇特的性質。它是目前已知的最薄、最硬、導電性能最好的一種材料，可以用來制備有機光電器件的電極、復合材料、電池、超級電容、儲氫材料、場發射材料以及超靈敏傳感材料等。石墨烯具有出色的電學性能。目前，人們對石墨烯基金屬無機納米粒子復合材料的研究產生了濃厚的興趣，以期制備出一種具有優異特性的功能材料。

納米銅顆粒的優良特性得以造福人類。納米銅粉的比表面積大、表面活性中心數目多，在冶金和石油化工中是優良的催化劑。納米級銅粉和其塊體材料一樣具有很高的熱導率和電導率，可用于制造導電漿料（導電膠、導磁膠等），并用于微電子工業中的封裝、連接，對微電子器件的小型化起重要作用。自上世紀九十年代中期，IBM的Pokka等指出納米銅由于其低電阻而可被用于電子連接后，其特殊的電學性質引起電子界的很大關注，越來越多的研究人員開始把注意力轉移到納米銅的制備和應用上來。在工程結構材料的應用中，納米銅晶體材料有著良好的拉伸性能和抗沖擊強度，其力學性能與傳統的銅材相比有著很明顯的提升。另外，納米銅粉是高導電率、高強度的納米銅材不可缺少的基礎原料，因此納米銅粉和與其有關的復合材料的研制具有重要的理論意義和實用價值。

發明內容

本發明的目的是利用石墨烯的電學性能，金屬納米粒子的高電導率、高硬度及熱穩定性，提供一種具有優良電學性能、機械性能和熱穩定性的石墨烯/納米銅復合材料。

一種石墨烯/納米銅復合材料的制備方法，其特征在于：將氧化石墨分散于N-甲基吡咯烷酮中超聲，得到分散均勻的氧化石墨懸浮液；調節溶液pH=9-10，加入質量濃度為1.57g/L~7.67g/L的硫酸銅溶液，在攪拌下，加入維生素C作為還原劑，在85℃~95℃回流反應1.5h~3.0h；將產物過濾，用蒸餾水洗滌干凈后，干燥，研磨，得到石墨烯/納米Cu復合材料。

所述氧化石墨與硫酸銅的質量比為1:0.8~1:3。

所述還原劑維生素C的加入量為氧化石墨質量的2.45~6.67倍。?

下面通過紅外光譜圖、TEM|、SEM照片和TG曲線及電導率對本發明制備的石墨烯/納米Cu復合材料的結構和性能進行測試和表征。

1．紅外光譜分析

圖1為氧化石墨的FTIR譜圖；圖2為石墨烯（b），以及石墨烯/納米Cu復合材料（c）的FTIR譜圖。圖1氧化石墨的譜圖中，3440cm^-1為-OH的伸縮振動峰，1728?cm^-1為羧基中C=O的伸縮振動峰，1404?cm^-1為-OH的面內彎曲振動峰，1055?cm^-1為C-O的伸縮振動峰。圖2石墨烯的譜圖與圖1氧化石墨的譜圖極為相似，這說明石墨烯被還原以后，基本恢復了其共軛結構，但曲線較氧化石墨光滑官能團少，基本被還原。圖2石墨烯/納米Cu復合材料（c）的譜圖與石墨烯（b）的譜圖相比，多出了幾個特征吸收峰，這說明復合過程它們之間有化學鍵的結合，生成了新的官能團。這種現象表明，在復合材料的形成過程當中，Cu與石墨烯之間發生了化學鍵合作用，而不是物理的吸附。

2．電鏡分析

圖3?為石墨烯的透射電鏡照片。從圖3可以看出，光能部分透過它的片層，而且其形貌像褶皺狀的絲綢一樣，這是厚片層的物質不能具備的特征，說明這種方法制備的石墨烯在厚度方向上很薄。同時還可觀察到石墨烯片層各部分區域顏色深淺不一，透光性不盡相同，片層上端顏色明顯較下端淺，這說明制得的石墨烯不全是單片層結構，而是由幾個單片層疊加而成。圖4為石墨烯/Cu復合材料的掃描電鏡照片。從圖4中可以清晰地看到，片狀物為相互堆積的石墨烯薄片，Cu納米粒子均勻、稠密地包覆在石墨烯的表面。根據圖4中的比例尺，我們可以得出石墨烯的厚度為1nm，這與單層石墨烯的厚度（0.34nm）相比數值偏大，導致這種現象的原因可能是石墨烯表面包覆了Cu納米顆粒，也有可能是三層石墨烯堆積在一起的厚度。納米Cu粒子的粒徑為10nm，均勻的包覆在石墨烯的表面，并且在石墨烯片層邊緣處包覆的更多，說明在石墨烯的邊緣處對Cu粒子的吸附力更強。

3．熱重分析