[發明專利]一種石墨烯?金屬基塊體復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201611241811.6
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106623976A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 張會
• 申請（專利權）人: 陜西理工學院
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F3/105;B22F1/00;C22C9/00;C22C5/06;C22C1/05
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于石墨烯復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯-金屬基塊體復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道排列成的類似蜂窩狀的二維晶格平面薄膜，厚度約為0.335nm，是世界上最薄的材料，具有超大的比表面積，是目前已知強度最高的材料，近年來在許多領域取得了許多驚人進展，并有望在復合材料領域最快實現應用。然而見諸報道的石墨烯復合材料主要集中在石墨烯/聚合物復合材料領域，但迄今為止關于石墨烯/金屬復合材料的力學性能研究罕有報道。

很多金屬具有高導熱、導電和成形性能，是制備上述復合材料的重要基體材料，利用石墨烯的高強度、高導性等優點和金屬的成型性有望開發出具有優異綜合性能的石墨烯/金屬復合材料，這方面研究工作無論從理論上還是應用上都具有誘人前景。但由于石墨烯片層之間存在的范德華力的作用，使得石墨烯的團聚不可逆，在目前的有關石墨烯金屬復合材料制備相關文獻報道中，多數局限在金屬中直接加入石墨烯，多采用高能球墨法、均質機等進行混粉，混和石墨烯在粉體中易出現團聚現象，大大的降低了材料的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種石墨烯-金屬基塊體復合材料的制備方法，解決了現有制備方法石墨烯在與金屬納米粉混合過程中發生團聚的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種石墨烯-金屬基塊體復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將氧化石墨烯分散在去離子水中超聲分散；將金屬鹽分散于無水乙醇中超聲分散。

步驟2，將氧化石墨烯溶液和金屬鹽溶液混合，同時加入水合肼進行還原反應，反應完畢后將產物依次用去離子水和無水乙醇洗滌，去除溶劑，最后干燥，得到無氧化的石墨烯負載金屬的復合粉體。

步驟3，將步驟2得到的復合粉體分散于無水乙醇中，破碎、分散處理，然后再加入納米金屬粉末，繼續超聲分散，干燥后得到石墨烯-金屬基復合粉體。

步驟4，將步驟3得到粉體在真空狀態下，進行等離子燒結，即得到石墨烯-金屬基塊體復合材料。

本發明的特點還在于：

本發明金屬為銅或銀，即石墨烯-銅基塊體復合材料或石墨烯-銀基塊體復合材料。

當金屬為銅時，步驟1中氧化石墨烯為1～2質量份，去離子水為1～2質量份，硫酸銅為3～5質量份，硫酸銅與無水乙醇的質量體積比為15～25：1mg/ml；當金屬為銀時，氧化石墨烯為1～2質量份，去離子水為10～20質量份，硝酸銀為5～16質量份，硝酸銀與無水乙醇的質量體積比為2.5～8：1mg/ml。

步驟2中還原反應時間為1-3小時，反應溫度為60-90℃。

步驟3中復合粉體和無水乙醇的質量體積比為1：0.6～1.2mg/ml。

步驟3中納米金屬粉末粒徑為200～500nm，其質量與無水乙醇的質量體積比為1：5～10g/ml。

步驟3中破碎、分散處理為：在超聲功率為1800-2500W的細胞粉碎機中超聲10-30分鐘；再加入納米金屬粉末后在相同功率下繼續超聲分散10-30分鐘。

步驟4中等離子燒結具體為：在真空狀態下，以100℃/min的升溫速度加熱到600～900℃，在30～40MPa壓力下，保溫5～10min。本發明以氧化石墨烯、金屬鹽為原料，通過加入還原劑進行還原反應制得石墨烯負載銀、銅離子的復合材料，主要利用超聲來達到石墨烯均勻分散、并降低石墨烯層厚的目的。超聲粉碎是在超聲振動傳遞到液體中時，由于聲強很大，會在液體中激發很強的空化效應，從而在液體中產生大量的空化氣泡。隨著這些空化氣泡產生和爆破，將產生微射流，進而將液體中的固體顆粒擊碎。同時由于超聲波的振動，使固液更加充分的分散混合均勻。在超聲爆破分開石墨烯層的同時再使銀、銅納米粉進入其中，就可以拉開石墨烯層間距離，達到石墨烯均勻分散的目的。

本發明的有益效果是，與現有高能球磨混粉相比，本發明得到的石墨烯-金屬基復合材料粉體中的石墨烯未產生團聚且沒有被氧化，混粉用時短、效率高，同時采用最簡單的干燥方法，降低了成本，防止了氧化。工藝穩定，很好地解決石墨烯易團聚的問題。對粉體燒結后，得到了導電性優于目前研究中提到的石墨烯-金屬基塊體復合材料的導電性，該制備工藝操作簡單、設備投入低，質量可靠，適合工業化大規模生產。

附圖說明

圖1是本發明石墨烯-銅基復合粉體微觀下標尺為2μm掃描電鏡照片；

圖2是本發明石墨烯-銅基復合粉體能譜圖；

圖3是本發明石墨烯-銅基復合粉體X射線衍射圖；