一种石墨烯铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术为一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，属于纳米材料领域。一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0‑30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；其中，所述的金属颗粒为铝粉或铝合金粉。本发明专利技术所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，提供了一种环境友好、可连续化大生产方案，其中控制混合温度及干燥速度与干燥温度，可控制金属粉末的氧化程度，使制备的复合材料为低氧含量，制备成本降至最低，可进一步增强金属基体导电性能，同时，该制备工艺可用于工业化大生产。

Preparation of a Graphene Aluminum Matrix Composite

The invention relates to a preparation method of graphene aluminium matrix composite material, which belongs to the field of nanomaterials. A method for preparing a graphene aluminum matrix composite comprises the following steps: stirring and mixing the aqueous solution of graphene oxide with metal particles at 0 to 30 degrees Celsius, and then rapidly spraying and drying through a centrifugal spray drying tower to obtain the graphene aluminum matrix composite material, wherein the metal particle is aluminum powder or aluminum alloy powder. The preparation method of the graphene aluminium matrix composite material provided by the invention provides an environment-friendly and continuous large-scale production scheme, in which the mixing temperature, drying speed and drying temperature are controlled, the oxidation degree of the metal powder is controlled, the prepared composite material is low oxygen content, the preparation cost is lowest, and the conductivity of the metal matrix can be further enhanced. The preparation process can be used in industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯铝基复合材料的制备方法
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及一种石墨烯铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度在一个纳米以下，石墨烯是迄今为止已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，杨氏模量高达1.01TPa，抗拉强度高达130GPa，是结构钢的100多倍，导热系数高达5300W/m·K，远高于铜，也高于碳纳米管和金刚石。因石墨烯具有最低的密度、最高的力学性能、最高的导热性能以及最低的热膨胀性能，石墨烯自诞生起就被认为是一种非常有前途的增强体。铝基复合材料具有高比强度、高比刚度等优点，并且易于制备和加工，因此它的发展在整个金属基复合材料领域都尤为突出。目前采用石墨烯来改善树脂和陶瓷性能的研究最为广泛，但利用石墨烯铝基复合材料的产业化应用相对较少。主要原因为石墨烯铝基复合材料工业化大生产还存在两大技术瓶颈：一是石墨烯在铝基体中均匀分散的问题；二是现有实验室工艺条件苛刻、复杂，工业化大生产较难实现。有现有技术CN104862508B可知，通过石墨烯粉末分散在酒精液体中，将铝合金粉末添加到石墨烯溶液中，装入球磨罐内进行机械球磨，球磨一定时间后将混合液装入烧杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/铝合金复合粉末。但是存在以下问题：首先，石墨烯作为粉末分散在酒精液中，石墨烯本身在干燥成粉末过程中会发生团聚或搭接，三层以内的石墨烯粉末较难制备；其次，酒精作为易燃易爆品，在生产的火灾危险性定义为甲类二项，对大规模生产推广受限；再次，石墨烯乙醇溶液与铝合金粉末采用机械球磨的方式混合，对钢球的材质要求较高，引入杂质较多，并且混合的效果较差；最后混合后的酒精液置于烘箱中，安全危险性增大，酒精挥发过程中蒸发的乙醇对环境有一定的影响。有现有技术CN105215353B可知，将金属颗粒加入氧化石墨烯水溶液中，金属颗粒与氧化石墨烯混匀并发生原位还原反应，得到均匀分散的金属颗粒/石墨烯混合物；对此混合物进行真空抽滤，干燥得到还原氧化石墨烯包覆金属颗粒的金属/石墨烯复合材料粉体。但是该技术存在以下问题：针对此方法涉及到铝金属颗粒与石墨烯偏酸性溶液长时间室温混合条件下，铝金属颗粒会发生大量的氧化反应，制备出的金属铝/石墨烯复合材料粉体含氧量较高，对材料本身导电性未能起到增强作用；此外，此方案采用的金属颗粒/石墨烯混合液抽真空过滤干燥方法，工业化大生产并不能有效推广，并且在抽真空过滤干燥中，石墨烯膜与金属球体未能包覆的部分易发生团聚，石墨烯增强金属基体未能发挥高效的作用。有鉴于此，本专利技术提出一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，该方法制备出了低氧含量的石墨烯铝基复合材料，提升材料的导电性能，并且解决连续化工业大生产效率低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，该制备方法使石墨烯在铝基体中均匀分散，通过氧化石墨烯水溶液与铝粉在低温下混合，利用喷雾干燥技术快速瞬间干燥，制备出低氧含量的石墨烯铝基复合材料，提升材料的导电性能，进一步解决连续化工业大生产效率低等问题。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0-30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；其中，所述的金属颗粒为铝粉或铝合金粉。进一步的，所述的石墨烯铝基复合材料由金属颗粒和石墨烯组成，且所述金属颗粒被石墨烯均匀包覆。进一步的，所述的氧化石墨烯与金属颗粒的质量比为0.001-0.05：1。进一步的，所述的金属颗粒粒径为1-100μm。进一步的，所述的搅拌速度150-300r/min，时间为0.5-8h。进一步的，所述的氧化石墨烯片径大小为50-300微米，80％以上均在3层以内。再进一步的，所述的氧化石墨烯为采用改进hummers方法制备得到的氧化石墨烯液。进一步的，所述的喷雾干燥过程中：加料速度为30-100rpm，进风温度为120-200℃，出风温度为90-110℃，雾化喷头转速为10000-24000r/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，通过石墨烯水溶液与铝粉在低温下混合，进一步降低因水相混合过程中的铝粉氧化；同时，混合后的石墨烯包覆铝粉浆料液，通过离心喷雾瞬间干燥水分，使石墨烯铝基复合粉末在干燥阶段氧化物降低最低。2、本专利技术所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，通过氧化石墨烯与铝粉的水相混合，及采用对混合液离心喷雾干燥结合方式，设计离心喷雾干燥的适宜工艺，包括进风温度、雾化盘转速、风速等，使制备的复合材料氧含量降至最低，制备成本降至最低，简易的制备工艺条件作为工业化大生产提供了可行性。3、本专利技术所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，通过氧化石墨烯水相溶液与铝合金粉低温下快速搅拌混合，混合液经蠕动泵进入离心喷雾干燥塔内进行喷雾干燥，得到石墨烯铝基粉末材料，此材料可广泛应用于3D打印、电子封装等粉末冶金领域，此方法实现了低成本、安全高效，为工业化生产提供大规模实施提供可能性。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的石墨烯铝基复合材料扫描电镜照片。具体实施方式为了进一步阐述本专利技术一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，达到预期专利技术目的，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。在详细阐述本专利技术一种石墨烯铝基复合材料的制备方法之前，有必要对本专利技术中提及的原料和方法等做进一步说明，以达到更好的效果。本专利技术采用的原材料均为市售的。本专利技术中氧化石墨烯采用改进hummers方法制备得到的氧化石墨烯液，片径大小为50-300微米，80％以上均在3层以内；本专利技术中的金属颗粒为铝粉或铝合金粉，其颗粒粒径为1-100μm。在了解了上述原料和方法等之后，下面将结合具体实施例对本专利技术一种石墨烯铝基复合材料的制备方法做进一步的详细介绍：实施例1.具体操作步骤如下：(1)在10℃下，将制备好的2L氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯固含量为4g/L)置于带低温油浴夹套的玻璃釜中搅拌，取2kg纯铝粉加入氧化石墨烯水溶液中，在150r/min的转速下，继续搅拌下3h；(2)将步骤(1)中混合分散后的石墨烯铝粉浆料在低温搅拌下通过蠕动泵进入离心喷雾干燥塔，加料速度为45rpm，进风温度为150℃，出风温度为100℃，雾化喷头转速为22000r/min，得到石墨烯铝基复合粉末，该石墨烯铝基复合材料由金属颗粒和石墨烯组成，且所述金属颗粒被石墨烯均匀包覆(如图1所示)。本专利技术实施例所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，提供了一种环境友好、可连续化大生产方案，其中控制混合温度及干燥速度与干燥温度，可控制金属粉末的氧化程度，使制备的复合材料为低氧含量，制备成本降至最低，可进一步增强金属基体导电性能，同时，该制备工艺可用于工业化大生产。实施例2.具体操作步骤如下：(1)在3℃下，将制备好的5L氧化石墨烯水溶液(氧化石墨烯固含量为2g/L)置于带低温油浴夹套的玻璃釜中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0‑30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；其中，所述的金属颗粒为铝粉或铝合金粉。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0-30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；其中，所述的金属颗粒为铝粉或铝合金粉。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述的石墨烯铝基复合材料由金属颗粒和石墨烯组成，且所述金属颗粒被石墨烯均匀包覆。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述的氧化石墨烯与金属颗粒的质量比为0.001-0.05：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述的金属颗粒粒径为1-100μm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新伟，卢科伟，王成军，李辰鹏，
申请(专利权)人：新疆烯金石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65