纳米多孔铜复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米多孔铜复合材料及其制备方法，该纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，该制备方法包括以下步骤：制备所述纳米多孔铜层；在纳米多孔铜层上制备石墨烯层；以及在石墨烯层上制备铜层。本发明专利技术的制备方法操作简单、制造成本低，通过该方法制得的复合材料表面干净无污染、浸润性良好、界面结合牢固、稳定性好且不存在石墨烯团聚现象。

【技术实现步骤摘要】
纳米多孔铜复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种铜复合材料及其制备方法，特别涉及一种纳米多孔铜复合材料及其制备方法。
技术介绍
铜具有很好的导电导热性，但是其强度较低，满足不了人们生活和生产所需，因此在其中加入增强体来提高其强度的同时又不降低其导电导热性，成为了研究者们要解决的问题，传统的纤维和颗粒增强铜基复合材料虽然在提高强度方面有很大进步，但是这种复合材料的导电导热性随之降低。近几年的研究表明，向铜基体中加入一定量的石墨烯不仅有助于提高复合材料的导电导热性能，还能在一定程度上提高其力学性能，因此将石墨烯作为铜基复合材料的增强体，成为了近几年研究的热点。现有技术中的石墨烯增强铜基复合材料的方法有如下几种：球磨法制备复合材料、SPS法制备复合材料、球磨法和热压烧结相结合的方法等制备复合材料。但是这些方法均存在一些缺陷：例如，利用球磨法制备复合材料过程中会出现铜颗粒结构破坏和石墨烯聚集现象；SPS方法和球磨法和热压烧结相结合的方法过程复杂，制造成本昂贵，并且由于工艺复杂，产品性能也不稳定。本专利技术的方法利用脱合金化法制备多孔铜，随后利用CVD和原位生长石墨烯的方法在多孔铜上生成石墨烯，最后通过浸渍烧结方法在石墨烯上生成铜颗粒制备纳米多孔铜复合材料。本专利技术的去合金化方法通过腐蚀溶液和较活泼的合金成分反应，留下所需的成分，进而制备出所需的多孔结构的金属，可以通过改变腐蚀溶液的种类和溶液浓度，得到不同尺寸的多孔结构。通过CVD和原位生长石墨烯的方法可以避免现有技术中的不足。例如：由于使用CVD方法，所以制备过程中不会破坏铜基体的结构，并且不会出现石墨烯的团聚；由于CVD方法和原位生长方法步骤较为简单，所以制造成本低，产品性能稳定性好。所以制得的复合材料表面干净无污染、浸润性良好、界面结合牢固、不存在石墨烯团聚现象等。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，从而克服现有技术的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，该纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，该制备方法包括以下步骤：制备纳米多孔铜层；在纳米多孔铜层上制备石墨烯层；以及在石墨烯层上制备铜层。其中，制备纳米多孔铜层的步骤具体为：制备铜锰合金片；配置去合金化腐蚀溶液，溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和硫酸铵中的一种，溶液浓度为0.025-1mol/L；将铜锰合金片放入去合金化腐蚀溶液，并将铜锰合金片及去合金化腐蚀溶液移入容量瓶，随后抽真空并进行腐蚀，得到纳米多孔铜层；制备石墨烯层的步骤具体为：将纳米多孔铜层放入坩埚，对坩埚进行加热，升温速率为1-10℃/min，同时通入混合气，混合气包括甲烷、氢气和氩气，当温度为第一温度时，开始生长氢化石墨，在生长氢化石墨结束后，停止通入甲烷，氢气和氩气的流量不变，随后继续升温，当温度为第二温度时，进行保温，保温时间为5-60min，随后结束加热，样品随炉冷却，待温度降至常温，从而得到在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构；制备铜层步骤具体为：配置浸渍溶液，浸渍溶液为硫酸铜饱和水溶液、硝酸铜饱和水溶液和酒精硝酸铜饱和溶液中的一种，将在纳米多孔铜层上沉积石墨烯层的结构放入浸渍溶液，随后进行超声处理，超声处理时间为5-60min，超声处理结束后，将浸渍后的在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构放入升温炉中进行烧结处理，烧结结束后得到纳米多孔铜复合材料。优选地，上述技术方案中，第一温度是200-500℃。优选地，上述技术方案中，第二温度是700-1000℃。优选地，上述技术方案中，生长氢化石墨的持续时间为10-60min。优选地，上述技术方案中，浸渍溶液的浓度为1-10mol/L。优选地，上述技术方案中，在进行烧结处理时，升温速率为1-10℃/min，烧结温度为800-1000℃，烧结时间为5-60min。优选地，上述技术方案中，在烧结的过程中，通入氩气和氢气，氩气和氢气的流量比为1:(1-100)。优选地，上述技术方案中，混合气包括甲烷、氢气和氩气，其中甲烷、氢气和氩气的流量比是1：(1-100)：(1-100)。本专利技术的另一目的在于，提供一种纳米多孔铜复合材料，所述复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，该纳米多孔铜复合材料是由上述方法制备的。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的去合金化方法通过腐蚀溶液和较活泼的合金成分反应，留下所需的成分，进而制备出所需的多孔结构的金属，可以通过改变腐蚀溶液的种类和溶液浓度，得到不同尺寸的多孔结构。通过CVD和原位生长石墨烯的方法可以避免现有技术中的不足，例如：由于使用CVD方法，所以制备过程中不会破坏铜基体的结构，并且不会出现石墨烯的团聚；由于CVD方法和原位生长方法步骤较为简单，所以制造成本低，产品性能稳定性好。所以制得的复合材料表面干净无污染、浸润性良好、界面结合牢固、不存在石墨烯团聚现象等。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的纳米多孔铜的扫描电子显微镜图；图2是根据本专利技术的一个实施例的生长石墨烯之后的复合材料扫描电子显微镜图；图3是根据本专利技术的一个实施例的浸渍完成后表面附着铜颗粒的复合材料扫描电子显微镜图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本专利技术的复合材料的详细制备过程如下：步骤(1)、铸造好的铜锰合金块，合金成分中锰含量为50％-80％。步骤(2)、将步骤(1)中合金块利用线切割方法，将合金块切割成一定尺寸大小，厚度约为3mm；步骤(3)、将步骤(2)中切割好的合金块用砂纸进行表面修磨；步骤(4)、将步骤(3)中修磨好的样品放入CVD升温炉进行退火处理，升温速率为1-10℃/min，退火温度为300-1000℃，退火时间为5-60min；步骤(5)将退火后的样品经冷轧机冷轧,下轧量为50％-70％；步骤(6)、将步骤步骤(4)到步骤(5)重复实验，直至精轧样品厚度达到所需的要求，样品厚度为100-1500um；步骤(7)、将步骤(6)中符合所需要求的合金片剪成所需的尺寸；步骤(8)、将步骤(7)中剪好的合金片放入装有乙醇溶液的烧杯里，将烧杯放入超声波清洗器中进行超声清洗，超声时间为5-60min，目的是将表面残留物清洗干净；步骤(9)、用流动的乙醇溶液反复冲洗步骤(8)中超声后的样品；步骤(10)、将步骤(9)中清洗干净的样品放入真空干燥箱中，加热并且抽真空，待样品表面干燥且干燥箱温度降至常温状态，将样品取出；步骤(11)、配置去合金化腐蚀溶液，溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、硫酸铵中的一种，浓度为0.025-1mol/L；步骤(12)、将步骤(10)中处理好的样品放入步骤(11)中配置好的溶液中；步骤(13)、将步骤(12)中准备好的样品及腐蚀溶液放入容量瓶中进行抽真空；步骤(14)、待腐蚀结束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，所述方法包括以下步骤：制备所述纳米多孔铜层；在所述纳米多孔铜层上制备所述石墨烯层；以及在所述石墨烯层上制备所述铜层；其中，制备所述纳米多孔铜层的步骤具体为：制备铜锰合金片；配置去合金化腐蚀溶液，所述溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和硫酸铵中的一种，所述溶液浓度为0.025‑1mol/L；将所述铜锰合金片放入所述去合金化腐蚀溶液，并将所述铜锰合金片及所述去合金化腐蚀溶液移入容量瓶，随后抽真空并进行腐蚀，得到所述纳米多孔铜层；制备石墨烯层的步骤具体为：将所述纳米多孔铜层放入坩埚，对所述坩埚进行加热，升温速率为1‑10℃/min，同时通入混合气，所述混合气包括甲烷、氢气和氩气，当温度为第一温度时，开始生长氢化石墨，在所述生长氢化石墨结束后，停止通入甲烷，氢气和氩气的流量不变，随后继续升温，当温度为第二温度时，进行保温，保温时间为5‑60min，随后结束加热，样品随炉冷却，待温度降至常温，从而得到在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构；制备所述铜层步骤具体为：配置浸渍溶液，所述浸渍溶液为硫酸铜饱和水溶液、硝酸铜饱和水溶液和酒精硝酸铜饱和溶液中的一种，将所述在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构放入所述浸渍溶液，随后进行超声处理，所述超声处理时间为5‑60min，所述超声处理结束后，将浸渍后的所述在纳米多孔铜层上沉积石墨烯层的结构放入升温炉中进行烧结处理，所述烧结结束后得到纳米多孔铜复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，所述方法包括以下步骤：制备所述纳米多孔铜层；在所述纳米多孔铜层上制备所述石墨烯层；以及在所述石墨烯层上制备所述铜层；其中，制备所述纳米多孔铜层的步骤具体为：制备铜锰合金片；配置去合金化腐蚀溶液，所述溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和硫酸铵中的一种，所述溶液浓度为0.025-1mol/L；将所述铜锰合金片放入所述去合金化腐蚀溶液，并将所述铜锰合金片及所述去合金化腐蚀溶液移入容量瓶，随后抽真空并进行腐蚀，得到所述纳米多孔铜层；制备石墨烯层的步骤具体为：将所述纳米多孔铜层放入坩埚，对所述坩埚进行加热，升温速率为1-10℃/min，同时通入混合气，所述混合气包括甲烷、氢气和氩气，当温度为第一温度时，开始生长氢化石墨，在所述生长氢化石墨结束后，停止通入甲烷，氢气和氩气的流量不变，随后继续升温，当温度为第二温度时，进行保温，保温时间为5-60min，随后结束加热，样品随炉冷却，待温度降至常温，从而得到在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构；制备所述铜层步骤具体为：配置浸渍溶液，所述浸渍溶液为硫酸铜饱和水溶液、硝酸铜饱和水溶液和酒精硝酸铜饱和溶液中的一种，将所述在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：康建立，王亚革，周涛，乔志军，张志佳，于镇洋，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12