[發明專利]一種石墨烯/銅復合材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201710495904.X
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN109112504B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 林正得;江南;戴丹;葉辰
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;C23C16/26;B22F1/02
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 劉妍珺;陸鳳

本發明涉及一種石墨烯/銅復合材料及其制備和應用。具體地，所述方法包括如下步驟：1)提供第一混合物，所述第一混合物包含銅粉和任選的分散劑；2)將所述第一混合物置于反應爐中，在第一壓力、第一溫度和任選的第一氣體下，通入氣態碳源材料，反應得到所述石墨烯/銅復合材料。本發明還公開了以所述方法制得的石墨烯/銅復合材料及其應用。所述制備方法具有工藝簡單、原料廉價易得、安全環保、成本低、易于大規模推廣的特點。所述復合材料兼具高純度、高導電、高導熱和優異抗刻蝕性能。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體地涉及一種石墨烯/銅復合材料及其制備和應用。

背景技術

銅是一種導電性、延展性、導熱性都很好的材料，廣泛應用于電氣、機械和國防等工業。美中不足的是，銅材的強度很低，在電子器件(例如PCB板)的應用上由于強度不夠高而產生種種問題，例如壽命縮短，易于損壞等。

此外，銅在大氣環境下易氧化成CuO和Cu₂O，其氧化產物的導電性和導熱性極低，并且銅基材料的接觸電阻會隨著氧化物增多而增大，從而增大觸頭熱負荷，導致電接觸失效。目前主要應用的Cu-W系，Cu-Bi系，Cu-Cr系以及Cu-C系等銅基電接觸材料，其強度的提高是建立在導電、導熱等性能下降的基礎上，仍無法從根本上解決上述問題，如何研制出同時具有高導電、高導熱、高機械性和優異抗氧化性能的銅基復合材料，在電接觸頭行業以及銅復合材料廣泛應用的汽車，航空，電子等領域，是一個巨大的挑戰。

石墨烯自從2004年發現以來，以其優異的力學性能和導電導熱等性能，引起廣泛矚目。近十年來，用石墨烯作為增強相來實現增強機體材料的研究層出不窮。同時，石墨烯密度小、容易團聚以及制備過程中界面結合等問題是制約石墨烯/金屬復合材料發展的重要原因。采用傳統熔煉冶金方法獲得石墨烯金屬基復合材料將變得極為困難，因此阻礙了該領域內一些原創性研究工作的發展，同時也促使研究工作者們在復合材料的制備工作上提出新方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種兼具高導電、高導熱、高機械性和優異抗氧化和抗刻蝕性能的石墨烯/銅復合材料及其制備和應用。

本發明的第一方面，提供了一種石墨烯/銅復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)提供第一混合物，所述第一混合物包含銅粉和任選的分散劑；

2)將所述第一混合物置于反應爐中，在第一壓力、第一溫度和任選的第一氣體下，通入氣態碳源材料，反應得到所述石墨烯/銅復合材料。

在另一優選例中，所述第一混合物包含銅粉和分散劑，其中，按所述第一混合物的總重量計，所述銅粉的質量分數為50-95wt％，較佳地60-93wt％，更佳地65-92wt％。

在另一優選例中，所述銅粉的(平均)粒徑為10-500μm，較佳地20-350μm，更佳地25-250μm。

在另一優選例中，所述銅粉的純度為99－99.99％，較佳地99.5－99.99％。

在另一優選例中，所述銅粉的形狀選自下組：球狀、片狀、樹枝狀、類球形。

在另一優選例中，所述銅粉選自下組：電解銅粉、霧化銅粉、青銅粉、黃銅粉、或其組合。

在另一優選例中，所述分散劑為在高溫(如1000℃)下穩定不分解且粒徑小于銅粉的粉末。

在另一優選例中，所述分散劑選自下組：陶瓷粉、石墨粉、或其組合。

在另一優選例中，所述分散劑選自下組：碳化鈦、碳化鉿、碳化鋯、碳化鉭、碳化硅、氧化鋁、二氧化硅、二硼化鋯、二硼化鉿、二硼化鉭、二硼化鈦、氮化硼、四氮化三硅、氮化鋁、硅酸鈉、硅酸鋁、硅酸鈣、石墨、或其組合。