[發明專利]一種利用有氧燒結制備石墨烯/銅復合材料的方法

有效

• 申請號: 201710247094.6
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107201535B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 唐建成;趙心閱;葉楠;余方新;周松
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C25C5/02
• 分類號: C25C5/02;B22F1/00;C22C1/05;C22C1/10;C22C32/00;C22C9/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種利用有氧燒結制備石墨烯/銅復合材料的方法，利用電沉積法制備石墨烯/銅復合粉，以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，可溶性銅鹽、可溶性鎳鹽及氧化石墨烯的混合溶液為電解液，通直流電進行電沉積，保持一定的電流密度一段時間，陰極上沉積所得產物即為石墨烯/銅復合粉；用無水乙醇清洗產物，除去殘留雜質，再放入真空干燥箱中進行烘干，研磨，壓成石墨烯/銅復合塊體；在氣氛燒結爐中，在氧氣和載氣保護下，控制氧分壓，燒結石墨烯/銅復合塊體，得到石墨烯/銅復合材料。本發明提高石墨烯與銅基體的結合性能，提高石墨烯和銅基體的界面結合性能，工藝簡單，操作容易，成本低廉，無特殊設備要求。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，涉及金屬功能材料制備。

背景技術

石墨烯因具有極高的強度和優異的導電導熱性能（強度為130 GPa，載流子遷移率為15000 cm²/V·s，導熱系數為5300 W/m·K）而被認為是高強高導銅基復合材料的最佳強化相，但石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大和石墨烯與銅的界面結合性能差是石墨烯強化銅基復合材料制備上的兩大難題。

在一種利用電化學沉積制備石墨烯/銅復合粉的方法中，以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，銅鹽、鎳鹽及氧化石墨烯的混合溶液為電解液中進行電沉積，陰極沉積所得為石墨烯均勻分散在銅基體中的石墨烯/銅復合粉，解決了石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大的問題。

Kim等Kim Y, Lee J, Yeom MS, Shin JW, Kim H, Cui Y, Kysar JW, Hone J,Jung Y, Joen S, Han SM. Strengthening effect of single-atomic-layer graphenein metal-graphene nanolayered composites, Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms3114, 2013.利用化學氣相沉積法在銅基體表面沉積出交替生長的單層石墨烯薄膜，從而得到多層的銅基石墨烯復合材料，其抗拉強度可以達到1.5 GPa。盡管他們不能制備出具有實用價值的銅基石墨烯復合材料，但他們認為化學氣相沉積時進入到材料中的氧會在燒結時生成銅與石墨烯共用氧的界面結構，進而改善石墨烯與銅的界面結合性能，指出了一種制備高性能石墨烯強化銅基復合材料的方法。實際上，Kim等Kim K T, ChaS I, Gemming T, Eckert J, Hong S H. The role of interfacial oxygen atoms inthe enhanced mechanical properties of carbon-nanotue-reinforced metal matrixnanocomposites, Small, 4(11), pp1936-1940,2008.和Park等^[3]Park M, Kim B H, KimS, Han D S, Kim G. Improved binding between copper and carbon nanotubes in acomposite using oxygen-containing functional groups, Carbon, 49, pp811-818,2011.

也利用氧改善碳納米管與金屬元素的界面結合性能。因此形成銅與石墨烯共用氧的界面結構也許是改善石墨烯與銅界面結合性能的一個好方法。

由此可見，控制石墨烯/銅復合材料燒結時的氧含量，進行有氧燒結，可以形成銅與石墨烯共用氧的界面結構，對改善石墨烯/銅復合材料的結構和性能具有積極的現實意義和良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于針對現有制備技術及工藝上的不足，提供一種利用有氧燒結制備石墨烯/銅復合材料的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述的一種采用有氧燒結方法制備石墨烯/銅復合材料，按如下步驟。