[發(fā)明專利]3D打印石墨烯-金屬復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611256397.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106744857B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹宗杰;楚雙印
• 申請（專利權(quán)）人: 尹宗杰;楚雙印
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;C01B32/182;H01M4/583;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州駿思知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425
• 代理人: 潘雯瑛

本發(fā)明涉及一種3D打印石墨烯?金屬復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用。制備方法如下：(1)在超聲作用下將石墨烯量子點和/或石墨烯微片與納米金屬單質(zhì)/納米金屬化合物進行混合研磨剪切，制得復(fù)合漿體材料或復(fù)合粉體材料，超聲的頻率為10?100KHz，其中石墨烯量子點和/或石墨烯微片的重量占總重的0.01％?35％；(2)對制得的復(fù)合漿體材料或粉體材料進行干燥。該發(fā)明為3D打印提供激光燒結(jié)石墨烯金屬物質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法，得到的復(fù)合材料具有高硬度、高強度、耐腐蝕，易被加工使用的優(yōu)越性能，經(jīng)3D打印后可利用激光燒結(jié)、淬化，促進復(fù)合材料顆粒致密化，并細化晶粒，從而改善3D打印產(chǎn)品的機械性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種3D打印石墨烯-金屬復(fù)合材料、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

單層石墨烯片是由一層密集的碳六元環(huán)構(gòu)成的，沒有任何結(jié)構(gòu)缺陷，它的厚度為0.35nm左右，是目前為止最薄的二維納米碳材料。同時，它也是組成其他碳族材料的基本單元，能夠通過翹曲得到零維的富勒烯、卷曲得到一維的碳納米管和堆疊得到三維的石墨。石墨烯中最基本的重復(fù)周期單元是有機化學(xué)中最為穩(wěn)定的苯環(huán)結(jié)溝，它是當(dāng)前為止最好的二維納米材料。現(xiàn)實中制備的石墨烯不僅存在單層的，也有多層的。由于其結(jié)構(gòu)獨特，石墨烯的各類性質(zhì)也非常優(yōu)異。其是世界上最薄最輕的物質(zhì)，厚度最薄可達0.34nm，比表面積為2630m2/g，室溫下的載流子遷移率約為20萬(cm²/vs)，已知強度最高的材料之一，比金剛石還堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍。同時它又擁有很好的韌性，且可以彎曲，理想石墨烯的理論楊氏模量達1.0TPa，斷裂強度為130GPa。導(dǎo)熱系數(shù)高達5000W/mK，是目前為止最高的。

目前，國內(nèi)外研究人員在石墨烯材料的復(fù)合，修飾應(yīng)用方面進行了較多研究，如中國專利申請?zhí)枺篊N201610825355.3公布了一種氧化鎳/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，它為了解決現(xiàn)有制備金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料中的金屬氧化物顆粒大且粒徑不均勻以及比電容較低的問題。中國專利申請?zhí)枺篊N201610821003.0，公布了一種羥基氧化鐵/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。羥基氧化鐵/氧化石墨烯復(fù)合材料是由氧化石墨烯的懸濁液和羥基氧化鐵的懸濁液在按照體積比1:1～2混合、分散后通過水熱法復(fù)合而成。中國專利申請?zhí)枺篊N201610804294.2，公開了一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。該方法主要包括將廢舊磷酸鐵鋰電池正極片通過有機溶劑浸泡、超聲波處理、球磨、焙燒、淬火、與導(dǎo)電炭黑混合焙燒得到磷酸鐵鋰材料；然后將天然鱗片石墨和硝酸鈉加入到硫酸溶液中，通過高錳酸鉀等氧化得到氧化石墨烯；最后將得到的磷酸鐵鋰材料和氧化石墨烯混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮為分散劑，球磨即得磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料。中國專利申請?zhí)枺篊N201610768001.X，公開了一種二硫化錫/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法、鋰離子電池負極、鋰離子電池，制備方法步驟包括水熱工序、復(fù)合工序，本發(fā)明制備方法使得二硫化錫在石墨烯表面直接進行原位生長，經(jīng)過洗滌，干燥獲得片狀二硫化錫/石墨烯復(fù)合材料，該材料應(yīng)用于鋰離子電池負極材料，有效地提高材料的穩(wěn)定性以及導(dǎo)電性，提升電池性能，具有循環(huán)穩(wěn)定性好，比能量密度高等優(yōu)點。中國專利申請?zhí)枺篊N201610763257.1，公開了一種三氧化二鐵/石墨烯復(fù)合材料的制備方法、鋰離子電池負極、鋰離子電池，制備方法步驟包括水熱工序、復(fù)合工序，本發(fā)明制備方法使得三氧化二鐵納米顆粒均勻負載在三維石墨烯的表面和孔道結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過洗滌，干燥獲得三氧化二鐵/石墨烯復(fù)合材料，該材料應(yīng)用于鋰離子電池，具有高容量、循環(huán)壽命長、低成本以及易大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)異性能。中國專利申請?zhí)枺篊N201610764913.X，公開了一種硫化錳/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法、鋰離子電池負極、鋰離子電池，制備方法步驟包括水熱工序、復(fù)合工序，本發(fā)明制備方法使得硫化錳在石墨烯表面直接進行原位生長，經(jīng)過洗滌，干燥獲得硫化錳/石墨烯復(fù)合材料，本發(fā)明通過硫化錳和三維還原氧化石墨烯復(fù)合來克服其體積變化導(dǎo)致的穩(wěn)定性差等缺點，增強其導(dǎo)電性，從而提高鋰離子電池的性能，該材料應(yīng)用于鋰離子電池負極材料，有著循環(huán)穩(wěn)定性好，比能量密度高等優(yōu)點。中國專利申請?zhí)枺篊N201610748848.1，涉及一種具有層次性多孔空心微球狀結(jié)構(gòu)的二硫化鉬/石墨烯復(fù)合材料及其合成方法，屬于微納米復(fù)合材料制備與合成的技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料作為超級電容器電極材料使用時具有大的比電容和優(yōu)異的循環(huán)充放電穩(wěn)定性，展示出了廣闊的應(yīng)用前景。中國專利申請?zhí)枺篊N201610594377.3，公開了一種負載有納米銀的氟化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，得到的復(fù)合材料具有優(yōu)良性能。中國專利申請?zhí)枺阂环N電化學(xué)性能優(yōu)異的錳鈷硫化物/石墨烯復(fù)合材料制備工藝，該制備工藝中電化學(xué)沉積采用三電極體系，工作電極為三維石墨烯泡沫，對電極為鉑片，參比電極為Ag/AgCl標準電極。本工藝操作簡便，制備的物質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，改變參數(shù)可以改變物質(zhì)的形貌，進而提升材料的電化學(xué)性能，可用于大面積制備電極材料。