[發(fā)明專利]石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113373489A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張昕
• 申請（專利權(quán)）人: 華星先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用研究（天津）有限公司
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04;C22C9/00;C22C19/03;C25D5/34;C25D5/40;B21B3/00
• 代理公司: 天津市君硯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12239
• 代理人: 張東浩

本發(fā)明涉及一種石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：采用電沉積法將石墨烯沉積到銅片上，得到石墨烯/銅復(fù)合材料；將鎳片、石墨烯/銅復(fù)合材料依次疊放于密閉容器中，抽真空后加熱，再熱軋，得到石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料。本發(fā)明提供的石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料的方法簡單，生產(chǎn)周期短，工藝安全、可靠、整潔，生產(chǎn)成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)；本發(fā)明采用物理電沉積石墨烯，可以改善石墨烯與金屬基體的結(jié)合，使得石墨烯在金屬基體上分布更加均勻，并且可以通過改變沉積電壓大小來調(diào)整石墨烯層的厚度，可設(shè)計性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

針對當(dāng)今世界各國對新興科學(xué)技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展要求，石墨烯以其優(yōu)異的性能成為了當(dāng)下科學(xué)界的焦點之一。目前，全球已有80多個國家投入石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)。美國、歐盟、日本、韓國等相繼發(fā)布或資助了一系列相關(guān)研究計劃和項目。特別是歐盟制定了石墨烯旗艦計劃，計劃投入10億歐元。全球石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)綜合實力最強(qiáng)的前三甲是美國、日本、中國。不僅如此，IBM、英特爾、陶氏化學(xué)、三星等國際知名跨國企業(yè)紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，而且還涌現(xiàn)出了大批專門從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的機(jī)構(gòu)和企業(yè)。

石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。1毫米厚的石墨大約包含300萬層石墨烯，是石墨基本組成單位。自2004年由英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（KonstantinNovoselov）發(fā)現(xiàn)以來制備石墨烯的新方法層出不窮。常見的有：機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法。石墨烯的特殊組成結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電性能、和熱物理性能。其中石墨烯的理論楊氏模量達(dá)1.0TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130GPa。并且具有很好的韌性，且可以彎曲。石墨烯在室溫下的載流子遷移率約為15000cm²/（V·s），這一數(shù)值超過了硅材料的10倍，是目前已知載流子遷移率最高的物質(zhì)銻化銦（InSb）的兩倍以上。而且石墨烯具有非常好的熱傳導(dǎo)性能。純的無缺陷的單層石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，是目前為止導(dǎo)熱系數(shù)最高的碳材料。

近年來，基于石墨烯增強(qiáng)金屬材料的研究取得了部分進(jìn)展，其中的一些研究表明石墨烯作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相來克服傳統(tǒng)材料在性能上的瓶頸，由于石墨烯具有高彈性模量、高強(qiáng)度可以顯著提高材料的強(qiáng)度、韌性和導(dǎo)電性能，但是目前的科技手段還不是很成熟，所以想要獲得穩(wěn)定、高質(zhì)量的石墨烯增強(qiáng)金屬材料工藝難度較大。而且相關(guān)研究是基于粉末冶金和等離子燒結(jié)手段來制備材料，都沒有對界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，可設(shè)計性弱。

發(fā)明內(nèi)容

本申請通過提供一種石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨烯增強(qiáng)金屬材料的制備方法不成熟、可設(shè)計性弱、且得到的石墨烯增強(qiáng)金屬材料性能低等問題，實現(xiàn)了制備方法簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，可設(shè)計性強(qiáng)，且能制得性能好的石墨烯增強(qiáng)金屬材料等效果。

本發(fā)明提供了一種石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：采用電沉積法將石墨烯沉積到銅片上，得到石墨烯/銅復(fù)合材料；將鎳片、石墨烯/銅復(fù)合材料依次疊放于密閉容器中，抽真空后加熱，再熱軋，得到石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料。發(fā)明人經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，通過本發(fā)明提供的方法制備石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料，生產(chǎn)周期短，工藝安全、可靠、整潔，適合大規(guī)模生產(chǎn)；并且通過物理電沉積石墨烯，改善了石墨烯與金屬基體的結(jié)合，使得石墨烯在金屬基體上分布均勻。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述的石墨烯增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，還可以具有如下的附加技術(shù)特征。

根據(jù)本發(fā)明，采用電沉積法將石墨烯沉積到銅片過程中，是將銅片和鎳片互相平行放置于電沉積容器中，銅片連接陽極，鎳片連接陰極，電沉積溶液為單層氧化石墨烯溶液。

根據(jù)本發(fā)明，沉積電壓為5-20V，沉積電流0.01-0.05A，沉積時間為60-120s，沉積溫度為室溫。