[發明專利]石墨烯銅基復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202111093704.4
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113927041B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 薛冬峰;王鑫;王曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/12;B60M1/13;G16C20/10;G16C20/70;G16C60/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 黃志云

1.一種石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

利用機器學習和高通量篩選技術建立石墨烯銅基復合材料模型；利用機器學習多尺度石墨烯對銅晶體材料結晶過程中的多因素耦合機制，實現對石墨烯銅基復合材料模型的精準預測，為實驗室制備石墨烯銅基復合材料提高理論指導；

將石墨烯、絡合劑和有機溶劑進行第一混合處理得到混合產物，將所述混合產物在不同離心轉速區間進行分離處理，再進行篩選，得到絡合劑修飾的石墨烯產物；其中，所述絡合劑選自甲胺、乙二胺、異丙胺、異丁胺、環丙胺、仲丁胺、叔丁胺、己胺、十二胺、十六胺、十八胺中的至少一種；所述石墨烯和所述絡合劑的質量比為1：0.2~1.5；

根據所述石墨烯銅基復合材料模型，將可溶性銅鹽、所述絡合劑修飾的石墨烯產物和有機溶劑進行第二混合處理，得到石墨烯-絡合劑-銅絡合物分散液；

提供還原劑，將所述石墨烯-絡合劑-銅絡合物分散液與所述還原劑進行還原反應，得到石墨烯銅基復合材料；

其中，在還原過程中，通過改變石墨烯表面絡合劑種類和數量對銅原子在石墨烯表面沉積過程進行精準調控。

2.根據權利要求1所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，所述利用機器學習和高通量篩選技術預測石墨烯銅基復合材料模型的方法包括如下步驟：

通過DFT理論計算，構建銅晶體模型；

將DFT理論計算與機器學習相結合，在所述銅晶體模型表面添加石墨烯，建立不同尺度下石墨烯-銅晶體模型，并通過對石墨烯的本征結構、缺陷、形態、石墨烯-銅界面的形式進行模型優化處理；

基于Sabatier原理，利用高通量DFT計算對所述石墨烯-銅晶體模型進行高通量篩選，建立石墨烯銅基復合材料模型。

3.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，所述第一混合處理選自球磨處理、攪拌處理、研磨處理、機械混合處理、超聲處理中的任意一種。

4.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，將所述混合產物在不同離心轉速區間進行分離處理的步驟中，所述不同離心轉速區間分別選自：0-2000 r/min；2000-6000 r/min；6000-9000 r/min；9000~13000 r/min；和/或，

將所述混合產物在不同離心轉速區間進行分離處理后，還包括依次進行沉降處理、分離處理和洗滌處理。

5.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，所述可溶性銅鹽和所述絡合劑修飾的石墨烯產物的質量比為0.01~3：1；和/或，

所述可溶性銅鹽和所述還原劑的摩爾比為1：0.5~3；和/或，

所述可溶性銅鹽選自硫酸銅，硝酸銅、醋酸銅，氯化銅、異辛酸銅、酒石酸銅中的至少一種；和/或，

所述還原劑選自水合肼、氫氣、硼氫化鈉、甲醛、乙醛、丙醛中的至少一種。

6.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，將可溶性銅鹽、所述絡合劑修飾的石墨烯產物和有機溶劑進行第二混合處理的步驟中，采用攪拌的方式進行混合，其中，所述攪拌的速度為200~1000 rpm，所述攪拌的時間為5~30分鐘。

7.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，將所述石墨烯-絡合劑-銅絡合物分散液與所述還原劑進行還原反應的步驟中，所述還原反應的溫度為25~75℃，所述還原反應的時間為5~30分鐘。

8.根據權利要求1或2所述的石墨烯銅基復合材料的制備方法，其特征在于，所制備的石墨烯銅基復合材料用于高鐵接觸線。