一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，具体步骤如下：将铜箔放置于CVD反应炉中；向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应；关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，并在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层；打开CVD反应炉，在第一高导粉末层上继续生长第二石墨烯层，并在第二石墨烯层上覆盖一层第二高导粉末层；重复6‑12次；在第二高导粉末层上继续生长第三石墨烯层，剥除铜箔即可得到多层石墨烯，具有良好的功率特性、较高的能量密度和良好的电化学稳定性，在制备导电材料方面有很好的应用前景。

Method for preparing multilayer graphene with ultra high conductivity

The invention relates to a preparation method of a high conductivity of multilayer graphene, the specific steps are as follows: copper foil placed in the CVD reactor; to CVD furnace under the protection of gas and gas carbon source reaction; closed CVD reactor, the growth of the first graphene layer on the copper foil, and covered with a the first layer of high conductive powder layer on the first graphene layer; open the CVD reactor, continue to grow second graphene layers in the first conductive powder layer, and in the second graphene layer covered with a layer of second high conductive powder layer; 6 repeated 12 times; in second high conductive powder layer continue to grow third the graphene layer stripping foil can be obtained by multilayer graphene has high power characteristics and good energy density and good electrochemical stability, it has good application prospect in the preparation of conductive materials.

【技术实现步骤摘要】
一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯复合材料，具体涉及一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯自2004年被发现以来就成为纳米界耀眼的新星引起了科研工作者的极大关注。石墨烯(Graphene)是sp2杂化碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是构成其他石墨材料的基本单元，其形貌是类似于薄纸的片层结构，单层厚度仅为0.335nm，是目前世界上发现的最薄的二维材料。石墨烯综合性能优异：理论强度为125GPa，比钢强100倍；其弹性模量可达到1.0TPa，能与碳纳米管相媲美；其热导率为5300W/(m·K)，优于银等金属材料；电子迁移率高达2×105cm2/(V·s)，导电性超过目前任何高温超导材料，而且还具有室温量子霍尔效应等性质。因此石墨烯常代替其他碳纳米填料(炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维等)作为理想的填料来制备高导电、强韧聚合物基复合材料，并在太阳能电池、超级电容器、传感器、生物材料、电磁屏蔽等高性能、高功能应用上有着广阔的前景。现今，石墨烯的制备方法主要有机械剥离石墨法、氧化石墨烯还原法等。其中氧化石墨烯还原法通过将氧化石墨烯还原制备而得，由于更高产、更具潜力，可实现大规模制备石墨烯复合材料而备受关注。然而，现有技术制备的氧化石墨烯主要以鳞片石墨为原料，主要通过Hummers法或改进的Hummers法制备而得，所制备的石墨烯材料不仅表面存在大量的缺陷，容易团聚、性能不稳定、实际导电性能较差，并且功能单一，限制了石墨烯的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题提出了一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，具有良好的功率特性、较高的能量密度和良好的电化学稳定性，在制备导电材料方面有很好的应用前景。具体的技术方案如下：一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，具体步骤如下：(1)取厚度为0.05-0.5mm铜箔，放置于CVD反应炉中；(2)在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：200，所述保护气体为氩气和氮气按4:1的体积份数比混合而成，所述气体碳源为甲烷，气体碳源的通入时间为5-25min，保护气体持续通入；(3)关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，生长30-80min后，在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层；(4)再次打开CVD反应炉，在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：80；(5)关闭CVD反应炉，在第一高导粉末层上继续生长第二石墨烯层，生长20-60min后，在第二石墨烯层上覆盖一层第二高导粉末层；(6)重复步骤(4)和步骤(5)6-12次；(7)再次打开CVD反应炉，在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：200；(8)关闭CVD反应炉，在第二高导粉末层上继续生长第三石墨烯层，生长20-60min后，剥除铜箔即可得到多层石墨烯。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述第一高导粉末层按重量份数计由纳米银粉、纳米铜粉和微粉石墨按1:8:3的重量份数比混合而成。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述第一高导粉末层的厚度为0.01-0.05mm。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述第二高导粉末层按重量份数计由纳米铜粉和微粉石墨按10:1的重量份数比混合而成。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述第二高导粉末层的厚度为0.01-0.02mm。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述纳米银粉的粒径为10-15nm。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述纳米铜粉的粒径为12-20nm。上述一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其中，所述微粉石墨的粒径为15-25nm。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用化学气相沉积法将碳源裂解后在铜箔表面沉积生长形成石墨烯，从而一步制得石墨烯/铜箔复合材料，克服了常规石墨烯合成、分离、转移和与目标材料再复合工艺所带来的问题，实现了高品质石墨烯/金属(合金)复合材料的快速制备，满足了部分电子器件和复合材料对石墨烯的应用要求；本专利技术方法工艺流程简单、成本低、石墨烯层数可控，具有良好的功率特性、较高的能量密度和良好的电化学稳定性，在制备导电材料方面有很好的应用前景。具体实施方式为使本专利技术的技术方案更加清晰明确，下面对本专利技术进行进一步描述，任何对本专利技术技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本专利技术保护范围。实施例一：一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，具体步骤如下：(1)取厚度为0.1mm铜箔，放置于CVD反应炉中；(2)在850℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：125，所述保护气体为氩气和氮气按4:1的体积份数比混合而成，所述气体碳源为甲烷，气体碳源的通入时间为15min，保护气体持续通入；(3)关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，生长65min后，在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层，所述第一高导粉末层按重量份数计由纳米银粉、纳米铜粉和微粉石墨按1:8:3的重量份数比混合而成，所述第一高导粉末层的厚度为0.03mm；(4)再次打开CVD反应炉，在1100℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：55；(5)关闭CVD反应炉，在第一高导粉末层上继续生长第二石墨烯层，生长45min后，在第二石墨烯层上覆盖一层第二高导粉末层，所述第二高导粉末层按重量份数计由纳米铜粉和微粉石墨按10:1的重量份数比混合而成，所述第二高导粉末层的厚度为0.015mm；(6)重复步骤(4)和步骤(5)8次；(7)再次打开CVD反应炉，在850℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：125；(8)关闭CVD反应炉，在第二高导粉末层上继续生长第三石墨烯层，生长65min后，剥除铜箔即可得到多层石墨烯。上述纳米银粉的粒径为12nm。上述纳米铜粉的粒径为18nm。上述微粉石墨的粒径为20nm。实施例二一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，具体步骤如下：(1)取厚度为0.05mm铜箔，放置于CVD反应炉中；(2)在600℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：120，所述保护气体为氩气和氮气按4:1的体积份数比混合而成，所述气体碳源为甲烷，气体碳源的通入时间为15min，保护气体持续通入；(3)关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，生长50min后，在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层，所述第一高导粉末层按重量份数计由纳米银粉、纳米铜粉和微粉石墨按1:8:3的重量份数比混合而成，所述第一高导粉末层的厚度为0.01mm；(4)再次打开CVD反应炉，在800℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：38；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其特征为，具体步骤如下：(1)取厚度为0.05‑0.5mm铜箔，放置于CVD反应炉中；(2)在600‑1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10‑1：200，所述保护气体为氩气和氮气按4:1的体积份数比混合而成，所述气体碳源为甲烷，气体碳源的通入时间为5‑25min，保护气体持续通入；(3)关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，生长30‑80min后，在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层；(4)再次打开CVD反应炉，在600‑1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10‑1：80；(5)关闭CVD反应炉，在第一高导粉末层上继续生长第二石墨烯层，生长20‑60min后，在第二石墨烯层上覆盖一层第二高导粉末层；(6)重复步骤(4)和步骤(5)6‑12次；(7)再次打开CVD反应炉，在600‑1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10‑1：200；(8)关闭CVD反应炉，在第二高导粉末层上继续生长第三石墨烯层，生长20‑60min后，剥除铜箔即可得到多层石墨烯。...

【技术特征摘要】
1.一种超高导电性能的多层石墨烯的制备方法，其特征为，具体步骤如下：(1)取厚度为0.05-0.5mm铜箔，放置于CVD反应炉中；(2)在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：200，所述保护气体为氩气和氮气按4:1的体积份数比混合而成，所述气体碳源为甲烷，气体碳源的通入时间为5-25min，保护气体持续通入；(3)关闭CVD反应炉，使铜箔上生长第一石墨烯层，生长30-80min后，在第一石墨烯层上覆盖一层第一高导粉末层；(4)再次打开CVD反应炉，在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：80；(5)关闭CVD反应炉，在第一高导粉末层上继续生长第二石墨烯层，生长20-60min后，在第二石墨烯层上覆盖一层第二高导粉末层；(6)重复步骤(4)和步骤(5)6-12次；(7)再次打开CVD反应炉，在600-1200℃的温度下向CVD反应炉中通入保护气体和气体碳源进行反应，气体碳源与保护气体的体积流量比为1：10-1：200；(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国森，杨云利，束正梅，
申请(专利权)人：江苏中亚新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32