一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，所述金属/石墨烯复合材料包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。本发明专利技术提供的金属/石墨烯复合材料在与铜粉烧结后制备的功能材料同时具有良好的导电性和较高的结合强度，本发明专利技术提供的复合材料的电导率为纯铜材料的85％以上，拉伸强度为500MPa以上，远高于纯铜材料的拉伸强度。

【技术实现步骤摘要】
一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料制备
，更具体地说，是涉及一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
铜是使用非常广泛的一种金属，其金属和合金的重要性举足轻重，尤其是纯铜的导电性，更是除了银之外其他金属所不能比拟的。但是现在铜业发展的瓶颈就是铜的强度和导电性不能完美的结合。纯铜导电性好，但是强度欠佳；某些铜合金的强度大幅度提高，但是导电性也同时损失不少。因此，通过增强体与铜进行复合对铜业的发展具有十分重要的意义。目前，由于石墨烯的强度在GPa级别，导电性高，因此，采用石墨烯作为增强体与铜进行复合具有十分广泛的应用前景。现有技术制备铜/石墨烯复合材料的方法总体上分为物理方法和化学方法，其中，化学合成法，如浸渍还原法和原位还原法，是近几年合成铜/石墨烯复合材料中最常见的方法，具有制备效率高的优点，能够实现大批量生产。但是，传统的化学合成法对实验条件要求较高，工艺繁琐，并且制备得到的复合材料中氧化石墨烯的存在，会影响复合材料的导电性，同时，由于石墨烯对铜的润湿效果不好，仅通过吸附与铜复合，结合强度很差，导致制备的复合材料很脆且难于加工，不利于铜/石墨烯复合材料的进一步发展。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的金属/石墨烯复合材料，同时具有良好的导电性和较高的结合强度。本专利技术提供了一种金属/石墨烯复合材料，包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。优选的，所述微米级金属粉选自球形金属粉、纤维状金属粉和片状金属粉中的一种或两种。优选的，所述内核、外壳与纳米颗粒的质量比为10：(0.001～0.1)：(0.05～2)。优选的，所述内核的平均粒径为1.0μm～200μm。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的金属/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)将表面处理后的微米级金属粉与石墨烯类原料混合，进行退火处理，得到包裹有石墨烯类原料的金属粉；b)将上述包裹有石墨烯类原料的金属粉与还原剂在金属盐溶液中混合，进行氧化还原反应，得到金属/石墨烯复合材料。优选的，所述步骤a)具体包括以下步骤：a1)将微米级金属粉与硅烷偶联剂混合，抽滤洗涤后分散在水中，得到溶液A；a2)将步骤a1)得到的溶液A与石墨烯类原料混合，抽滤干燥后进行退火处理，得到包裹有石墨烯类原料的金属粉。优选的，步骤a1)中所述微米级金属粉与硅烷偶联剂的质量比为100：(0.2～50)。本专利技术还提供了一种功能材料，由铜粉与上述技术方案所述的金属/石墨烯复合材料或上述技术方案所述的方法制备的金属/石墨烯复合材料混合后烧结制得，所述金属/石墨烯复合材料和铜粉的质量比为1：(1～100)。本专利技术提供了一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，所述金属/石墨烯复合材料包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术提供的金属/石墨烯复合材料在与铜粉烧结后制备的功能材料同时具有良好的导电性和较高的结合强度，通过对对烧结后的材料进行测试可知，本专利技术提供的复合材料的电导率为纯铜材料的85％以上，拉伸强度为500MPa以上，远高于纯铜材料的拉伸强度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的内核为球形的金属/石墨烯复合材料的微观结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的内核为片层形状的金属/石墨烯复合材料的微观结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的功能材料的微观结构示意图；图4为本专利技术不同尺寸的铜粉与金属/石墨烯复合材料配比模型；图5为本专利技术实施例1提供的铜/石墨烯复合材料的扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种金属/石墨烯复合材料，包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。在本专利技术中，所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种，优选为微米级铜粉。本专利技术对所述微米级金属粉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述微米级金属粉的市售商品即可。在本专利技术中，所述微粉级金属粉的形状优选为球形金属粉、纤维状金属粉和片状金属粉中的一种或多种。请参阅图1和图2，图1为本专利技术实施例提供的内核为球形的金属/石墨烯复合材料的微观结构示意图，其中，1为球形内核，2为外壳，3为纳米颗粒；图2为本专利技术实施例提供的内核为片状的金属/石墨烯复合材料的微观结构示意图，其中，1为片状内核，2为外壳，3为纳米颗粒。在本专利技术中，所述金属/石墨烯复合材料主体结构为金属颗粒外面包裹石墨烯，形成核壳结构，石墨烯层作为复合材料的结构增强体，大大增加了材料的强度，并且在石墨烯外壳表面复合纳米颗粒，使金属/石墨烯复合材料之间联合作用大大提高，有利于提高材料整体的结合强度；同时石墨烯外壳对金属/石墨烯复合材料的导电性不会产生不利影响，材料具有较高的导电性能。在本专利技术中，所述内核的平均粒径优选为1.0μm～200μm，更优选为10μm～50μm。在本专利技术中，所述外壳为石墨烯。本专利技术对所述石墨烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述外壳的平均厚度优选为1nm～2nm，更优选为1.5nm。在本专利技术中，所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。本专利技术对所述纳米颗粒的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉市售商品即可。在本专利技术中，所述纳米颗粒的粒径优选为1nm～3nm，更优选为2nm在本专利技术中，所述内核、外壳与纳米颗粒的质量比优选为10：(0.001～0.05)：(0.1～2)，更优选为10：(0.005～0.01)：(0.05～0.1)。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属/石墨烯复合材料，其特征在于，包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种金属/石墨烯复合材料，其特征在于，包括：内核与包裹在所述内核外的外壳，以及复合在所述外壳表面的纳米颗粒；所述内核为微米级金属粉；所述微米级金属粉选自微米级铜粉、微米级镍粉、微米级锌粉、微米级银粉和微米级锡粉中的一种或多种；所述外壳为石墨烯；所述纳米颗粒选自纳米级铜粉、纳米级镍粉、纳米级锌粉、纳米级银粉和纳米级锡粉中的一种或多种；所述内核、外壳与纳米颗粒的质量比为10：(0.001～0.1)：(0.05～2)。2.根据权利要求1所述的金属/石墨烯复合材料，其特征在于，所述微米级金属粉选自球形金属粉、纤维状金属粉和片状金属粉中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的金属/石墨烯复合材料，其特征在于，所述内核的平均粒径为1.0μm～200μm。4.一种权利要求1至3任一项所述的金属/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将表面处理后的微米级金属粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋蓉蓉，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33