[發(fā)明專利]一種石墨烯/銅復(fù)合粉體材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710876842.7
• 申請(qǐng)日: 2017-09-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107500273B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冀璞光;祁丹丹;殷福星;馮建航;王恭凱;馬玉鳳;王以春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/184
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/184;B22F9/22
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種石墨烯/銅復(fù)合粉體材料的制備方法。該方法包括以下步驟：將一水乙酸銅加入到氧化石墨烯水溶液中在添加過(guò)程中同時(shí)對(duì)混合溶液進(jìn)行高速剪切攪拌；完成加入后，混合溶液繼續(xù)高速剪切攪拌，同時(shí)用噴霧干燥機(jī)不斷從混合溶液抽取進(jìn)行噴霧干燥，得到前驅(qū)體氧化石墨烯/乙酸銅粉末；將得到的前驅(qū)體粉末在還原氣氛下升溫到350?700°C，保溫15~30min，得到石墨烯/銅復(fù)合粉末材料。以利用現(xiàn)有還原氧化石墨烯制備設(shè)備，簡(jiǎn)單高效、成本較低，能夠滿足廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯/金屬?gòu)?fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/銅粉體復(fù)合粉體材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是由sp2雜化的碳原子相互連接構(gòu)成的只有一個(gè)原子層厚度的二維晶態(tài)超薄材料，并且在室溫下能夠穩(wěn)定存在。從傳統(tǒng)的石墨到碳纖維，再發(fā)展到碳納米管、石墨烯，碳材料作為增強(qiáng)相在金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用研究一直是被關(guān)注的熱點(diǎn)。良好的耐磨、潤(rùn)滑性能，較高的比強(qiáng)度、比彈性模量，阻尼性能使石墨、碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，特別是銅基材料已經(jīng)在運(yùn)載工具、特種裝備、航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。而石墨烯的低密度、高力學(xué)性能、高導(dǎo)熱性能以及低熱膨脹性能，被認(rèn)為是一種非常有前途的增強(qiáng)體。目前，對(duì)于石墨烯/銅粉體復(fù)合材料的制備方法很多，但是制備出的石墨烯/銅復(fù)合材料的性能并不理想。在制備該類(lèi)材料時(shí)，不是簡(jiǎn)單混合，而是在前驅(qū)體制備時(shí)已經(jīng)采用分子級(jí)的混合以增強(qiáng)結(jié)合是目前較常采取的方法，但目前的分子級(jí)混合技術(shù)都需添加表面活性劑，如JaewonHwang,Taeshik Yoon,Sung Hwan Jin,Jinsup Lee,Taek-Soo Kim,Soon Hyung Hong andSeokwoo Jeon等采用的方法(Enhanced mechanical properties of graphene/coppernanocomposites using a molecular-level mixing process[J].Adv.Mater,2013,25:6724–6729)，使用氫氧化鈉為表面活性劑，這會(huì)帶來(lái)很難徹底清除的鈉離子對(duì)最終性能產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為針對(duì)上述石墨烯和銅混合不均勻，容易出現(xiàn)團(tuán)聚，界面結(jié)合不好，成本高昂等問(wèn)題，或者需要額外添加表面活性劑等不足，本發(fā)明采用無(wú)表面活性劑分子級(jí)混合和噴霧干燥相結(jié)合的技術(shù)，在沒(méi)有添加表面活性劑可以使石墨烯和銅達(dá)到分子級(jí)混合而且界面結(jié)合好，粉體中的石墨烯不僅在銅的表面還分布在銅礦顆粒的內(nèi)部，達(dá)到成分均勻，不團(tuán)聚的目的。在剪切攪拌的同時(shí)進(jìn)行噴霧干燥，在保證混合均勻的同時(shí)，還解決了溶質(zhì)在溶液中析出速度不同而引起的成分不均勻問(wèn)題。這種制備方法可以利用現(xiàn)有還原氧化石墨烯制備設(shè)備，簡(jiǎn)單高效、成本較低，能夠滿足廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣。

本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種石墨烯/銅復(fù)合粉體材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)氧化石墨烯/乙酸銅混合溶液的制備

將一水乙酸銅加入到氧化石墨烯水溶液中溶解，其中，在添加過(guò)程中對(duì)混合溶液進(jìn)行高速剪切攪拌；剪切攪拌的轉(zhuǎn)速為1000-20000rpm，所述的氧化石墨烯水溶液的濃度為0.04-2mg/mL；質(zhì)量比氧化石墨烯：一水乙酸銅＝1：40-2042；并且，每100mL氧化石墨烯水溶液中一水乙酸銅的加入量上限為8g；

(2)氧化石墨烯/乙酸銅前驅(qū)體粉末的制備

一水乙酸銅完成加入后，步驟(1)中得到的混合溶液繼續(xù)高速剪切攪拌，同時(shí)用噴霧干燥機(jī)不斷從混合溶液抽取進(jìn)行噴霧干燥，抽取量為6-20mL/min，進(jìn)風(fēng)溫度200-240℃，出風(fēng)溫度110-140℃，噴霧干燥空氣流量為700～900L/H；得到前驅(qū)體氧化石墨烯/乙酸銅粉末；

其中，步驟(1)和步驟(2)中高速剪切攪拌時(shí)，要保持溶液的溫度為30～35℃，當(dāng)溶液溫度達(dá)到35℃時(shí)，停止剪切攪拌；當(dāng)溶液溫度降低到30℃時(shí)，恢復(fù)高速剪切攪拌；

(3)石墨烯/銅復(fù)合粉末的制備