[發明專利]一種納米銅/石墨烯復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201410690635.9
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104479804A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 蘇峰華;孟元;陳楊枝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C10M125/04
• 分類號: C10M125/04;C10N30/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明屬于新材料制備及潤滑油添加劑技術領域，具體涉及一種納米銅/石墨烯復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

銅在自然中分布廣泛，儲量豐富。金屬銅具有很好的延展性、導電性、導熱性等特性，使其在各領域中都有廣泛應用。納米銅還具有優良的摩擦性能，許多相關的文獻報道表明，納米銅無論單獨還是與其它材料復合后作潤滑油添加劑，都能提升基礎油的減摩抗磨性能。可見納米銅在潤滑領域有很好的應用前景。

石墨烯自2004年由英國科學家發現以來，一直是科技研究的熱點。它堪稱目前最理想的二維納米材料，是由碳原子以SP²雜化連接的單原子層構成的新型二維原子晶體。理想石墨烯是僅由一層密集的晶體點陣上的碳原子組成，其厚度僅為0.35nm，是世界上最薄的二維材料。由于其極好的機械性能，石墨烯也被用作潤滑材料。W?Zhang等人在J.Phys.D:Appl.Phys.44(2011)205303上報道：將0.02-0.06wt％油酸修飾的石墨烯加入齒輪油PAO9中，減磨抗磨性能明顯提高，摩擦系數和磨斑直徑各自減小17％和14％。

石墨烯非同尋常的納米層狀結構和卓越的特性使其很有可能成為制備新型納米復合材料的基體。以石墨烯為基體，在其片層結構上引入金屬納米粒子制備的石墨烯負載金屬納米顆粒復合材料，不僅具有金屬納米粒子和石墨烯自身的優異性能，而且還表現出由薄層碳原子平面和金屬納米粒子的協同效應而產生的一些新的特別性質。石墨烯負載金屬納米顆粒復合材料的制備方法很多。申請號為201010515131.5的中國發明專利公開了一種納米金-石墨烯納米復合材料的制備方法，首先分別制備納米金和氧化石墨烯，再將二者混合于二甲亞砜溶液，經長時間攪拌，制得復合材料。申請號為201110434334.6的中國發明專利申請公開了一種銀/石墨烯納米復合材料的光催化還原制備方法，所用原料是硝酸銀和氧化石墨烯，所用溶劑是去離子水和還原性醇，所用催化劑是WO₃顆粒。申請號為201210239602.3中國發明專利申請公開了一種鉑/石墨烯納米復合材料的制備方法與應用，以γ射線或電子束輻射誘導一步還原氧化石墨與鉑金屬前驅體，得到Pt/RGO納米復合材料，材料表現出比單純石墨烯更好地電學性能。

現有的一般常規技術方法存在分散性能差、沉積速率低、負載量難以控制等缺陷，難以制備出物相單一、負載量可控、納米顆粒小且均勻分布在石墨烯納米片層表面的石墨烯基納米復合材料。

超臨界二氧化碳(SCCO₂)，其密度近于液體，粘度近于氣體，擴散系數為液體的100倍，因而具有驚人的溶解能力。超臨界二氧化碳因其優異性能被廣泛應用于有機合成及萃取、高分子材料成型及納米材料制備等技術領域。

發明內容

為了克服現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在于提供一種納米銅/石墨烯復合材料的制備方法，所述納米銅/石墨烯復合材料的制備方法應用了超臨界二氧化碳，由于超臨界二氧化碳的低粘度、高擴散性及零表面張力，極易地將銅前驅體運載至石墨烯納米片層間，有利于納米銅均勻還原沉積在石墨烯納米片層表面；同時，由于石墨烯片層的包覆，沉積的納米銅晶粒尺寸得到有效控制，從而制備的納米銅/石墨烯復合材料中納米銅不僅粒徑小，而且能夠均勻負載在石墨烯納米層表面。該制備方法流程簡單，快速省時，制備的納米銅/石墨烯復合材料結構均勻、性能優異。

本發明的另一目的在于提供上述制備方法得到的納米銅/石墨烯復合材料，所述納米銅/石墨烯復合材料由球狀銅納米顆粒和石墨烯復合而成。

本發明的再一目的在于提供上述納米銅/石墨烯復合材料的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種納米銅/石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)常溫下，將銅前驅體化合物、表面活性劑和絡合劑溶解在還原性醇中，攪拌均勻后加入氧化石墨烯，超聲分散，得到均勻分散的混合液；

(2)將還原劑加入到上述混合液中并迅速轉移到反應釜中，通入CO₂氣體，控制氣壓和溫度使CO₂達到超臨界狀態；

(3)將步驟(2)反應釜中的混合溶液進行攪拌反應，然后冷卻泄壓，離心洗凈，真空干燥，得到納米銅/石墨烯復合材料。

優選地，所述銅前驅體化合物為氯化銅、硫酸銅或乙酰丙酮銅中的一種或者兩種以上的混合物；