[發明專利]納米多孔銅復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711099533.X
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107739869B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 康建立;王亞革;周濤;喬志軍;張志佳;于鎮洋
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C9/00;C01B32/186;C01B32/184
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 郝雅娟

本發明公開了一種納米多孔銅復合材料及其制備方法，該納米多孔銅復合材料依次包括納米多孔銅層、石墨烯層和銅層，該制備方法包括以下步驟：制備所述納米多孔銅層；在納米多孔銅層上制備石墨烯層；以及在石墨烯層上制備銅層。本發明的制備方法操作簡單、制造成本低，通過該方法制得的復合材料表面干凈無污染、浸潤性良好、界面結合牢固、穩定性好且不存在石墨烯團聚現象。

技術領域

本發明涉及一種銅復合材料及其制備方法，特別涉及一種納米多孔銅復合材料及其制備方法。

背景技術

銅具有很好的導電導熱性，但是其強度較低，滿足不了人們生活和生產所需，因此在其中加入增強體來提高其強度的同時又不降低其導電導熱性，成為了研究者們要解決的問題，傳統的纖維和顆粒增強銅基復合材料雖然在提高強度方面有很大進步，但是這種復合材料的導電導熱性隨之降低。近幾年的研究表明，向銅基體中加入一定量的石墨烯不僅有助于提高復合材料的導電導熱性能，還能在一定程度上提高其力學性能，因此將石墨烯作為銅基復合材料的增強體，成為了近幾年研究的熱點。現有技術中的石墨烯增強銅基復合材料的方法有如下幾種：球磨法制備復合材料、SPS法制備復合材料、球磨法和熱壓燒結相結合的方法等制備復合材料。但是這些方法均存在一些缺陷：例如，利用球磨法制備復合材料過程中會出現銅顆粒結構破壞和石墨烯聚集現象；SPS方法和球磨法和熱壓燒結相結合的方法過程復雜，制造成本昂貴，并且由于工藝復雜，產品性能也不穩定。

本發明的方法利用脫合金化法制備多孔銅，隨后利用CVD和原位生長石墨烯的方法在多孔銅上生成石墨烯，最后通過浸漬燒結方法在石墨烯上生成銅顆粒制備納米多孔銅復合材料。本發明的去合金化方法通過腐蝕溶液和較活潑的合金成分反應，留下所需的成分，進而制備出所需的多孔結構的金屬，可以通過改變腐蝕溶液的種類和溶液濃度，得到不同尺寸的多孔結構。通過CVD和原位生長石墨烯的方法可以避免現有技術中的不足。例如：由于使用CVD方法，所以制備過程中不會破壞銅基體的結構，并且不會出現石墨烯的團聚；由于CVD方法和原位生長方法步驟較為簡單，所以制造成本低，產品性能穩定性好。所以制得的復合材料表面干凈無污染、浸潤性良好、界面結合牢固、不存在石墨烯團聚現象等。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米多孔銅復合材料的制備方法，從而克服現有技術的缺點。

為實現上述目的，本發明提供了一種納米多孔銅復合材料的制備方法，該納米多孔銅復合材料依次包括納米多孔銅層、石墨烯層和銅層，該制備方法包括以下步驟：制備納米多孔銅層；在納米多孔銅層上制備石墨烯層；以及在石墨烯層上制備銅層。其中，制備納米多孔銅層的步驟具體為：制備銅錳合金片；配置去合金化腐蝕溶液，溶液為稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸和硫酸銨中的一種，溶液濃度為0.025-1mol/L；將銅錳合金片放入去合金化腐蝕溶液，并將銅錳合金片及去合金化腐蝕溶液移入容量瓶，隨后抽真空并進行腐蝕，得到納米多孔銅層；制備石墨烯層的步驟具體為：將納米多孔銅層放入坩堝，對坩堝進行加熱，升溫速率為1-10℃/min，同時通入混合氣，混合氣包括甲烷、氫氣和氬氣，當溫度為第一溫度時，開始生長氫化石墨，在生長氫化石墨結束后，停止通入甲烷，氫氣和氬氣的流量不變，隨后繼續升溫，當溫度為第二溫度時，進行保溫，保溫時間為5-60min，隨后結束加熱，樣品隨爐冷卻，待溫度降至常溫，從而得到在納米多孔銅層上沉積有石墨烯層的結構；制備銅層步驟具體為：配置浸漬溶液，浸漬溶液為硫酸銅飽和水溶液、硝酸銅飽和水溶液和酒精硝酸銅飽和溶液中的一種，將在納米多孔銅層上沉積石墨烯層的結構放入浸漬溶液，隨后進行超聲處理，超聲處理時間為5-60min，超聲處理結束后，將浸漬后的在納米多孔銅層上沉積有石墨烯層的結構放入升溫爐中進行燒結處理，燒結結束后得到納米多孔銅復合材料。

優選地，上述技術方案中，第一溫度是200-500℃。

優選地，上述技術方案中，第二溫度是700-1000℃。