一种化学镀石墨烯及其制备方法以及一种金属基复合材料技术

本发明专利技术提供了一种化学镀石墨烯，包括石墨烯和镀于石墨烯表面的金属镀层。本发明专利技术提供的化学镀石墨烯通过在石墨烯表面进行金属化改性，可以改善与金属基体的润湿性，有利于分散于金属基体中作为增强相，从而提高金属的力学性能。另外，本发明专利技术在进行化学镀石墨烯制备时，通过乳液中油水间的界面形式可以控制石墨烯的形貌，得到了不同形貌的化学镀石墨烯。结果表明，本发明专利技术提供的金属基复合材料的延伸率为41％～56％，抗拉强度为240～260MPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨烯
，具体涉及一种化学镀石墨烯及其制备方法以及一种金属基复合材料。
技术介绍
石墨烯是由二维蜂窝状晶格紧密堆积组成的扁平单层碳原子组成，被认为是其他各维碳材料的基本组成单位。独特的结构使石墨烯具有异常优异的电学性能，光学性能，力学性能，磁学性能和热学性能。石墨烯属于零带隙半导体，具有独特的载流子特性以及特殊的线性光谱特征，所以认为单层石墨烯的电子结构与传统的金属、半导体不同，表现出非约束抛物线电子式分散关系。石墨烯锯齿形边缘使其拥有孤对电子，这也形成了石墨烯包括铁磁性及磁开关等潜在的磁性能。哥伦比亚大学的Lee等人实测石墨烯抗拉强度和弹性模量分别为125GPa和1.1TPa。其强度可以与金刚石的强度媲美。石墨烯的热导率是室温下铜的热导率的10倍多，并且与单壁碳纳米管，多壁碳纳米管相比有明显提高，表明石墨烯作为良好导热材料具有巨大潜力。因为石墨烯拥有这么多的优异性能，将其与其他物质复合可能得到性能优异的复合物。近年来关于石墨烯复合物的研究很多，也取得了许多突破性的进展。石墨烯的高强度、高导电、高导热是区别已有增强体材料如碳纳米管的最大优势特点，如果能将这些性能优势引入到块体金属基复合材料中，将对金属基复合材料的设计和性能提升带来巨大的影响。在金属基复合材料中，石墨烯均匀分散在金属基体中，可以通过阻碍位错运动来提高金属的强度。但是石墨烯密度小、分散性能差以及熔体制备过程中石墨烯和金属基体的润湿性很差，两者间的界面就会成为力的薄弱点，当外力施加时，很容易成为潜在的失效点，从而影响材料的力学性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种化学镀石墨烯及其制备方法以及一种金属基复合材料，本专利技术提供的化学镀石墨烯分散在金属基体后可以提高金属基体的力学性能。本专利技术提供了一种化学镀石墨烯，包括石墨烯和镀于所述石墨烯表面的金属镀层。优选的，所述化学镀石墨烯为片层状或球冠形。优选的，所述金属镀层为镍层或铜层。本专利技术还提供了一种化学镀石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将镀液、乳液、表面改性剂和依次经过敏化和活化处理的石墨烯混合，在石墨烯表面进行化学镀，得到化学镀石墨烯，所述乳液包括水和与水不互溶的有机溶剂。优选的，所述乳液中还包括乳化剂，所述乳化剂选自聚氧乙烯脂肪醇醚、烷基糖苷化合物、法国赛比克公司的丙烯酸类聚合物SEPIGEL系列、十二烷基硫酸盐、司盘60、硬脂酸甘油脂和卵磷脂中的一种或多种。优选的，所述乳化剂与有机溶剂的质量比为(5～30):100。优选的，所述表面改性剂选自分子结构中含有苯环或双键的表面改性剂。优选的，所述镀液为镀镍液或镀铜液。优选的，所述化学镀石墨烯为片层状或球冠形。优选的，所述化学镀石墨烯为球冠形。优选的，所述水与有机溶剂的质量比大于1:1时，所述化学镀石墨烯的金属镀层镀于所述球冠形化学镀石墨烯的外表面；所述水与有机溶剂的质量比小于1:1时，所述化学镀石墨烯的金属镀层镀于所述球冠形化学镀石墨烯的内表面。本专利技术还提供了一种金属基复合材料，包括金属块体和分散于所述金属块体的石墨烯，所述石墨烯为上述化学镀石墨烯或上述制备方法制备得到的化学镀石墨烯。与现有技术相比，本专利技术提供了一种化学镀石墨烯，包括石墨烯和镀于石墨烯表面的金属镀层。本专利技术提供的化学镀石墨烯通过在石墨烯表面进行金属化改性，可以改善与金属基体的润湿性，有利于分散于金属基体中作为增强相，从而提高金属的力学性能。另外，本专利技术在进行化学镀石墨烯制备时，通过乳液中油水间的界面形式可以控制石墨烯的形貌，得到了不同形貌的化学镀石墨烯。结果表明，本专利技术提供的金属基复合材料的延伸率为41％～56％，抗拉强度为240～260MPa。附图说明图1为实施例1制备的化学镀石墨烯的显微镜图；图2为实施例2制备的化学镀石墨烯的显微镜图；图3为图2的放大图。具体实施方式本专利技术提供了一种化学镀石墨烯，包括石墨烯和镀于石墨烯表面的金属镀层。本专利技术提供的化学镀石墨烯包括石墨烯，其中，本专利技术对所述石墨烯的来源并没有特殊限制，一般市售即可。本专利技术提供的化学镀石墨烯包括镀于石墨烯表面的金属镀层。在所述石墨烯表面，所述金属镀层优选为镍层或铜层。本专利技术提供的化学镀石墨烯为片层状或球冠形。当所述化学镀石墨烯为片层状时，所述金属镀层可以镀于石墨烯的单面，也可以镀于石墨烯的双面，优选的所述金属镀层镀于所述化学镀石墨烯的双面；当所述化学镀石墨烯为球冠形时，所述金属镀层可以镀于所述球冠形的化学镀石墨烯的内表面，也可以镀于所述球冠形的化学镀石墨烯的外表面。本专利技术还提供了一种化学镀石墨烯的制备方法，包括以下步骤：将镀液、乳液、表面改性剂和依次经过敏化和活化处理的石墨烯混合，在石墨烯表面进行化学镀，得到化学镀石墨烯，所述乳液包括水和与水不互溶的有机溶剂。本专利技术将镀液、乳液、表面改性剂和依次经过敏化和活化处理的石墨烯混合，得到混合反应液。本专利技术在制备混合反应液之前，将所述石墨烯依次进行敏化和活化，本专利技术对所述石墨烯敏化和活化的具体方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的敏化和活化的方法即可。在本专利技术中，优选按照如下方法进行敏化：采用氯化亚锡溶液对石墨烯进行敏化处理，具体的，将石墨烯分散于氯化亚锡溶液中，置于50-80℃水浴搅拌10-50min，得到敏化处理的石墨烯。其中，所述氯化亚锡溶液的浓度优选为0.05-0.3mol/L。得到敏化处理的石墨烯后，将石墨烯过滤、洗涤，得到洁净的石墨烯。将所述洁净的石墨烯分散于水中，得到石墨烯浆液。本专利技术采用氯化钯溶液对上述石墨烯浆液进行活化处理，具体的，将石墨烯浆液与氯化钯溶液混合后，置于50-80℃水浴搅拌10-50min，得到活化处理的石墨烯。其中，所述氯化钯溶液的浓度优选为0.0005-0.003mol/L。得到活化处理的石墨烯后，将石墨烯过滤、洗涤，得到洁净的石墨烯。得到依次经过敏化和活化的石墨烯后，本专利技术将镀液、乳液、表面改性剂和依次经过敏化和活化处理的石墨烯混合，得到混合反应液。本专利技术所述的混合反应液包括镀液，其中，本专利技术对所述镀液的种类和来源并没有特殊限制，一般市售即可。在本专利技术中优选镀镍液或镀铜液。所述镀镍液优选以下包括组分A和组分B的镀镍液：其中，组分A包括：0.01-0.08mol/L的氯化镍，0.02-0.12mol/L的硫酸镍，0.5-0.10mol/L的次亚磷酸钠，1.0-2.5mol/L的氯化铵，上述成分混合后，采用氨水调pH值至8-9。组分B包括：0.2-1.0mol/L的甲醛。在使用上述镀镍液时，将组分A和组分B混合即可。所述镀铜液优选以下包括组分A和组分B的镀铜液：其中，组分A包括：0.002-0.2mol/L的酒石酸钠，0.05-0.2mol/L的硫酸铜，0.2-0.5mol/L的碳酸钠，上述成分混合后，用氢氧化钠将pH值调至12-13。组分B包括：0.2-1.0mol/L的甲醛。在使用上述镀铜液时，将组分A与组分B混合即可。本专利技术所述的混合反应液还包括表面改性剂，所述表面改性剂选自分子结构中含有苯环或双键的表面改性剂，优选为聚乙烯吡咯烷酮、DNS-86或SE-10N。上述表面改性剂既亲油又亲水，有助于石墨烯在乳液中的分散，防止石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学镀石墨烯，其特征在于，包括石墨烯和镀于所述石墨烯表面的金属镀层。

【技术特征摘要】
1.一种化学镀石墨烯，其特征在于，包括石墨烯和镀于所述石墨烯表面的金属镀层。2.根据权利要求1所述的化学镀石墨烯，其特征在于，所述化学镀石墨烯为片层状或球冠形。3.根据权利要求1所述的化学镀石墨烯，其特征在于，所述金属镀层为镍层或铜层。4.一种化学镀石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将镀液、乳液、表面改性剂和依次经过敏化和活化处理的石墨烯混合，在石墨烯表面进行化学镀，得到化学镀石墨烯，所述乳液包括水和与水不互溶的有机溶剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述乳液中还包括乳化剂，所述乳化剂选自聚氧乙烯脂肪醇醚、烷基糖苷化合物、法国赛比克公司的丙烯酸类聚合物SEPIGEL系列、十二烷基硫酸盐、司盘60、硬脂酸甘油脂和卵磷脂中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述乳化剂与有机溶剂的质量比为(5～30):10...

【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