[發明專利]一步法制備石墨烯/銅復合粉體的方法

有效

• 申請號: 201710622972.8
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN109304478B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 王黎東;費維棟;陳實;時振東;楊子玥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F9/30
• 分類號: B22F9/30;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

一步法制備石墨烯/銅復合粉體的方法，屬于無機合成和粉末冶金的技術領域。本發明解決了現有制備石墨烯/銅復合粉體存在石墨烯在銅表面包覆的均勻性不好、成本較高、工藝較復雜等技術問題。本發明方法如下：在無氧氣氣氛、氣壓為0.001Pa?101325Pa條件下，將有機銅鹽粉體以1?500℃/min的速率升溫至600?1050℃，加熱0.1min?600min后在無氧氣氣氛下冷卻，即得到石墨烯/銅復合粉體。本發明采用銅鹽作為原料，價格便宜、設備和操作非常簡單，易于進行批量化生產；本發明在一步加熱的過程中同時實現了銅納米粒子的制備與石墨烯在納米粒子表面的包覆。

技術領域

本發明屬于無機合成和粉末冶金的技術領域。

背景技術

石墨烯是一種由單層碳原子構成的新型材料。其超高的機械性能，超強的導電、導熱性能以及超大的比表面積等優點，吸引了研究者們的廣泛關注。單層石墨烯的楊氏模量和拉伸強度分別高達1TPa和130GPa，電子遷移率為200,000cm²V^-1s^-1，同時其比表面積高達2600m²g^-1，而密度僅為2.2g cm^-3。將石墨烯與常用的金屬材料銅復合的意義為：包覆在銅晶粒表面的石墨烯可有效改善銅的弱抗氧化性，實現保護作用；還可以最大程度上避免銅晶粒的團聚作用，從而獲得穩定的納米銅粉體。包覆石墨烯的納米銅粉在銅基復合材料、抗菌、導電墨水、潤滑油添加劑和催化劑方面具有廣闊的應用前景。

目前報導的制備石墨烯/銅納米復合粉體的方法如下：

Chu等(Phys Status SolidiA2014；211:184-90)先將石墨用濃硫酸處理得到石墨烯納米片，將石墨烯納米片與銅粉進行混合并高能球磨制備復合粉體。但研究顯示，高能球磨法會破壞石墨烯結構，經長時間高能球磨的石墨烯會轉化為無定型碳。

Yakun Chen等(Scientific Reports,2016,6:19363)利用甲基丙烯酸甲酯作為固體碳源，與銅粉混合進行球磨。而后將復合粉體放入石英管式爐(預熱到800℃)中在氫氣氬氣混合氣氛下煅燒，并迅速冷卻至室溫從而實現在薄片狀銅粉上原位生長石墨烯制備復合粉體。

除分別制備銅粉與石墨烯再實現復合之外，劉磊等(CN103736993A)采取的方法是分子級混合法，取五水合硫酸銅、硫酸鎳、檸檬酸、硼酸配制成混合溶液放置于磁力攪拌水浴鍋中加熱，再加入氧化石墨烯溶液，攪拌，再加入次亞磷酸鈉溶液，攪拌，進行加速反應，超聲分散處理，即可獲得均勻分散的石墨烯/銅復合材料溶液，最后用微孔過濾膜對溶液進行反復抽濾，多次洗滌至pH呈中性，真空干燥還原即可得到復合粉體。

哈爾濱工業大學王黎東、崔燁(RSCAdv.,2015,5,51193–51200)采取的方法也是分子級混合法，將氧化石墨溶液超聲處理為氧化石墨烯溶液后，加入到醋酸銅溶于氨水得到的銅氨溶液中進行超聲處理，在100℃下磁力攪拌并在均質機的剪切作用下蒸干水分后，在空氣中200℃下加熱并還原處理得到復合粉體。

上述方法均是利用已制備好的石墨烯或銅為原料，進而利用某種工藝實現二者的復合，其缺點是石墨烯在銅表面包覆的均勻性不好、成本較高、工藝較復雜。另外，高能球磨法會破壞石墨烯結構，經長時間高能球磨的石墨烯會轉化為無定型碳。

發明內容

目前，制備石墨烯/銅基復合粉體的方法有球磨法和分子級混合法等。實現石墨烯在銅基體中的均勻分散是一直以來的研究重點，但球磨法由于其機制為機械共混，難以實現石墨烯均勻包覆在納米銅表面。而分子級混合法則工藝相對較為復雜，成本相對較高。

本發明要解決現有制備石墨烯/銅復合粉體存在石墨烯在銅表面包覆的均勻性不好、成本較高、工藝較復雜等技術問題；而提供了一步完成銅納米粒子的制備和石墨烯的合成與包覆。本發明利用“一步法”制備石墨烯/銅復合粉體的方法，該方法能同時制備納米銅顆粒、石墨烯并實現二者的復合。