[發(fā)明專利]一種多維碳材料復合增強銅基材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110542727.2
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113278838B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 鮑瑞;聶有良;易健宏
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F9/04;C22C9/00;C01B32/184;C01B32/168;C01B32/176;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 昆明人從眾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53204
• 代理人: 沈艷尼

本發(fā)明公開一種多維碳材料復合增強銅基材料的制備方法，將碳前體與濃酸均勻混合，加熱攪拌回流，產(chǎn)物用堿性物質(zhì)中和后在超純水中透析，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，冷凍干燥得到碳納米管?石墨烯?石墨烯量子點的混合粉體，將銅粉與混合粉末進行球磨，還原后得到銅和碳納米管?石墨烯?石墨烯量子點復合粉體，燒結(jié)得到復合材料；本發(fā)明方法操作簡單，易于工業(yè)化制備，得到的復合增強體分布均勻，三種維度增強體相對比例可控，對基體材料可以起到多維度增強的顯著效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備多維碳材料復合增強銅基材料的方法，屬于復合材料制備和粉末冶金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石墨烯量子點是一種碳基零維材料。石墨烯量子點具有優(yōu)秀的光學性質(zhì)，良好的水溶性、低毒性、環(huán)境友好、原料來源廣、成本低、生物相容性好等諸多優(yōu)點。碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維納米材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2～50nm，并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅形和螺旋形三種。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。石墨烯是構(gòu)成石墨的基本結(jié)構(gòu)單元；而碳納米管是由石墨烯卷曲而成的圓筒結(jié)構(gòu)，石墨烯是碳納米管裂解而成的平面結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來看，碳納米管是碳的一維晶體結(jié)構(gòu)；而石墨烯僅由單碳原子層構(gòu)成，是真正意義上的二維晶體結(jié)構(gòu)。從性能上來看，石墨烯具有可與碳納米管相媲美或更優(yōu)異的特性，例如高電導率和熱導率、高載流子遷移率、自由的電子移動空間、高強度和剛度等。作為零維(0D)、一維(1D)和二維(2D)納米材料的代表者，石墨烯量子點、碳納米管、石墨烯三者在結(jié)構(gòu)和性能上具有互補性。

以上碳納米材料由于優(yōu)異的力學、電學和熱學特性被廣泛用作金屬、陶瓷和聚合物材料的增強體，不僅可以增加基體的力學性能，同時也可以提高基體在電學、熱學、磁性和光學等功能性方面的性能，拓寬復合材料的應用范圍和延長相關(guān)制品的使用周期。現(xiàn)有的研究大多是集中在碳納米管和石墨烯在復合材料方面的增強效果，對于零維石墨烯量子點對復合材料增強效應研究的較少，但是從理論上看，三者在三個不同維度的結(jié)合可以有效增加復合材料在三維空間上各項性能的一致性，此外，三者的協(xié)同作用是不容忽視的，例如石墨烯量子點優(yōu)異的分散性是其他兩者不具備的，并且石墨烯量子點的制備成本相對于石墨烯和碳納米管非常低，但是石墨烯量子點在納米尺寸的力學強度是不如石墨烯和碳納米管的，此外石墨烯在特定方向上的性能是不如碳納米管的，碳納米管通常具有方向性和難以分散的特點等等，綜上所述，三者的結(jié)合不僅僅是簡單的空間結(jié)構(gòu)上的相互補充，更重要的是功能方面的優(yōu)勢互補。

發(fā)明內(nèi)容

針對銅與各類增強體結(jié)合后，由于界面結(jié)合問題，很難實現(xiàn)銅基復合材料在強度增強的同時不損失延伸率和導電率的問題，本發(fā)明通過一鍋法快速制備碳納米管-石墨烯-石墨烯量子點多維復合增強粉體，用于多功能增強銅基材料，同時增加銅的強度、延伸率、導電率，旨在提高復合材料的綜合性能。

本發(fā)明方法包括碳納米管-石墨烯-石墨烯量子點多維復合增強粉體的制備(酸裂解、堿中和、透析、旋蒸、冷凍干燥)、以及銅-碳納米管-石墨烯-石墨烯量子點復合材料的制備(球磨、還原、燒結(jié))。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多維碳材料復合增強銅基材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)酸裂解：將碳前體與濃酸均勻混合，將其加熱攪拌回流；

(2)堿中和：將步驟(1)得到的反應產(chǎn)物用堿性物質(zhì)中和滴定至中性；

(3)透析：將步驟(2)中和后的分散液在超純水中透析4-6天；

(4)干燥：將步驟(3)透析后的分散液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，冷凍干燥得到碳納米管-石墨烯-石墨烯量子點粉末；