[發明專利]一種原位制備高含量石墨烯納米片/銅復合材料的方法

在審

• 申請號: 201811066567.3
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109482865A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 師春生;郭斯源;趙乃勤;何春年;劉恩佐;李群英
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C23C16/26;B22F9/24;B22F3/14;C22C1/05;C22C9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種原位制備高含量石墨烯納米片/銅復合材料的方法，包括：(1)制備蔗糖/銅粉末；(2)制備石墨烯納米片/銅復合粉末：將上述混合粉末裝入方舟加入石英管式爐中，在700?900℃，以H₂為還原氣、Ar為保護氣氛條件下進行煅燒還原，煅燒時間為5?15min，使蔗糖催化生成石墨烯納米片，再經研磨后得到石墨烯納米片/銅復合粉末；(3)制備銅包覆復合粉末的層狀結構。按照步驟(1)?(3)的方法連續包覆三次或以上，得到高含量石墨烯納米片/銅復合粉末。

技術領域

本發明涉及一種利用原位生長、浸漬還原并結合粉末冶金技術合成高含量石墨烯納米片/銅復合材料的方法，屬于金屬基復合材料制備技術領域。

背景技術

銅及其合金具有優良的導電、導熱性，抗腐蝕性能和加工性能優異等特點，使得其在電子、電力等工業部門有十分重要的地位，但因其具有強度較低，耐磨性差，高溫下易軟化變形，熱膨脹系數較大等缺點，使其應用領域受到了很大的限制。石墨烯是當今一種理想的納米增強增韌材料，其褶皺的表面有助于提高其與基體界面間的結合力和接觸面積，而其獨特的二維結構則可有效阻礙位錯的遷移和顯著減少復合材料細小裂紋的擴展并消化掉這種(破壞性)能量，此外，石墨烯還具有高的強度、楊氏模量、良好的導電性和熱導率、阻尼容量和較低的熱膨脹系數等一系列優秀的性能。將銅與石墨烯進行復合制備出銅基復合材料，有望在保持銅原有優異性能的基礎上改善其強度，以滿足其在電子領域的應用需求。

迄今為止，已有許多關于石墨烯增強銅基復合材料的研究，但大多都集中于利用低含量的石墨烯來改善銅基復合材料的強度，加入高含量石墨烯往往會降低強度。同時，也有少部分研究探討高含量的石墨烯及其衍生物的加入對于銅導熱性能的提升作用，但未說明石墨烯的加入對復合材料強度的影響。綜上，加入較多的石墨烯不可避免的會面臨著團聚的問題，從而使銅原有的強度受到很大的影響。因此，目前急需改善高含量石墨烯/銅基復合材料的強度問題，以提高銅基復合材料的綜合性能，擴展銅基復合材料的應用領域。

目前，已有研究人員利用固體碳源化學氣相沉積的方式在銅粉表面合成出石墨烯。本發明利用反復固體碳源化學氣相沉積并結合浸漬還原硝酸銅的工藝制備出銅/石墨烯納米片復合粉末，以此來解決高含量石墨烯易團聚的問題，并通過后續熱壓、熱軋工藝使其致密化，制備出具有較高強度的高含量石墨烯納米片/銅基復合材料。

發明內容

本發明擬解決高含量石墨烯/銅基復合材料強度不佳的問題，提供一種可行的制備高含量石墨烯/銅復合材料的方法。該方法能有效改善高含量石墨烯團聚的問題，使其在復合材料中實現較為均勻的分散，并結合后續軋制工藝進一步致密化，制得具有較高強度的高含量石墨烯/銅復合材料。為達到上述目標，本發明通過以下技術方案加以實現，

一種原位制備高含量石墨烯納米片/銅復合材料的方法，其特征包括以下過程：

(1)制備蔗糖/銅粉末

將銅粉與蔗糖按24：(0.32-0.64)的質量配比在酒精溶液里進行混合,并在水浴鍋中進行攪拌蒸干，之后再烘干、研磨成較細的混合粉末；

(2)制備石墨烯納米片/銅復合粉末

將上述混合粉末裝入方舟加入石英管式爐中，在700-900℃，以H₂為還原氣、Ar為保護氣氛條件下進行煅燒還原，煅燒時間為5-15min，使蔗糖催化生成石墨烯納米片，再經研磨后得到石墨烯納米片/銅復合粉末；

(3)制備銅包覆復合粉末的層狀結構