[發明專利]一種石墨烯/銅復合導電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811644300.8
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109440145B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 鞠寶鋼;陳杰;李年
• 申請（專利權）人: 蘇州碳素集電新材料有限公司
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C22C1/10;C01B32/184
• 代理公司: 34144 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 方榮肖

本發明公開一種石墨烯/銅復合導電材料及其制備方法，所述復合材料由石墨烯均勻分散在銅基體中形成；制備方法為：首先將有機聚合物薄膜的至少一個表面暴露于激光輻照下，使有機聚合物的表面碳化形成石墨烯，并呈三維多孔結構；然后將上述石墨烯連同基底一起置于硫酸銅電鍍液中進行電化學鍍銅形成石墨烯/銅復合材料；進一步在真空氣氛下干燥處理后，將復合材料從基底上剝離；最后壓制成型和高溫燒結得到石墨烯/銅復合導電材料。本發明提供的石墨烯/銅復合導電材料，由于石墨烯在銅基體中的均勻分布，展現出良好的力學性能和電學性能，且制備方法操作簡單、原料易得，可以滿足不同應用需求，尤其是在銅電纜領域的應用，因此便于推廣。

技術領域

本發明涉及石墨烯基復合材料領域，具體為一種石墨烯/銅復合導電材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一種由單層碳原子形成蜂窩狀結構的二維材料，由于獨特的結構使其在電學、光學、化學、力學和熱學等領域都具有非常優異的性能。電學方面，石墨烯中電子遷移率可以達到15000cm²/(V·S)，約是硅中電子遷移率的140倍。力學方面，石墨烯的抗拉強度和彈性模量分別達到125GPa(單層石墨烯)和1.1TPa，約是普通鋼材抗拉強度的100倍。熱學方面，石墨烯室溫熱導率約為5×103W·m^-1K^-1，高于碳納米管和金剛石，是室溫下銅的熱導率(401W·m^-1K^-1)的10倍多。

石墨烯的這些性質使其成為復合材料領域的一種理想的增強體，有望開發出功能多樣的石墨烯基復合材料，解決傳統材料在應用中面臨的困難。銅基復合材料因其高的導電導熱性和良好的加工性能等，在電工電子、汽車、航空航天等領域得到了廣泛的應用。石墨和碳纖維等作為銅基復合材料的增強體雖然能夠提高其機械性能，但降低了銅基復合材料的導電導熱性，難以滿足一些高端領域的需求。使用石墨烯作為增強相的石墨烯/銅復合材料有望解決以上難題。

目前石墨烯/銅復合材料主要的制備手段是從外部引入石墨烯，使石墨烯作為增強相鑲嵌于金屬基體中。但最難解決的問題是如何保證石墨烯在金屬基體中的均勻分散，而石墨烯的分布不均勻和團聚會使得復合材料的性能達不到預期。這一問題的難度主要體現在以下兩點：

(1)石墨烯的密度低于1g/cm³，而銅的密度是8.9g/cm³。密度的巨大差異使得常規的粉末混合很難均勻；

(2)常規制備的石墨烯中C-C鍵是強疏水結構，因此非常容易發生團聚，難以均勻分散。

只有解決以上問題，真正實現石墨烯在復合材料中的均勻分布，才能充分利用石墨烯在力學、電學和熱學方面的優異性能，大幅提高石墨烯/銅復合材料的質量水平。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯/銅復合導電材料及其制備方法，以實現石墨烯在復合材料中的均勻分散，提高復合材料的導電性和強度。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種石墨烯/銅復合導電材料制備方法，所述石墨烯/銅復合導電材料制備方法包括以下步驟：

(1)有機基底上多孔石墨烯的制備；

將有機聚合物薄膜聚酰亞胺暴露于CO₂紅外激光輻照下，聚酰亞胺的表面被碳化形成多孔石墨烯，未受激光影響的部位作為基底起到支撐石墨烯的作用，即得到有機基底上的多孔石墨烯；

(2)石墨烯/銅復合材料的制備；

將所述有機基底和所述石墨烯一起置于電鍍液中，然后以所述石墨烯為工作電極，以鉑片為輔助電極，以飽和硫酸亞汞電極為參比電極進行電化學鍍銅，最終在有機基底上制備出石墨烯/銅復合材料；然后將所述石墨烯/銅復合材料和所述有機基底取出進行真空干燥后，再將所述石墨烯/銅復合材料從所述有機基底上剝離；