石墨烯铝复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供石墨烯气凝胶，采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜；将所述表面形成有铝膜的石墨烯气凝胶通过搅拌得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体；以及采用搅拌铸造法将所述表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合。本发明专利技术进一步涉及一种石墨烯铝复合材料以及包含所述石墨烯铝复合材料的电缆或电线。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯铝复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属基复合材料
，特别是涉及一种石墨烯铝复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种新型的二微纳米晶体材料，具有优异的电学性能、力学性能等。石墨烯自身性能被认为是金属基复合材料的理想增强相，而铝及铝合金的传统增强方式已经难以有明显提升，石墨烯增强铝基复合材料成为打破这一僵局的有效途径。现有制备石墨烯铝基复合材料的工艺为粉末冶金法，能够实现石墨烯在铝基体中的均匀分布，但是制备周期较长。作为非金属的石墨烯和作为金属的铝之间极差的浸润性使得石墨烯在铝基体中的均匀混合问题成为限制石墨烯增强铝基复合材料工艺发展的重要原因，因此，亟需提供一种制备周期短又简单有效的石墨烯铝基复合材料的制备方法。
技术实现思路
基于此，有必要针对制备周期长，石墨烯和铝基体无法均匀混合的问题，提供一种石墨烯铝复合材料及其制备方法和包含其的电缆或电线。本专利技术提供一种石墨烯铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供石墨烯气凝胶，采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜；将所述表面形成有铝膜的石墨烯气凝胶通过搅拌得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体；以及采用搅拌铸造法将所述表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合。在其中一个实施例中，所述采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜的步骤包括：在真空状态下对所述石墨烯气凝胶进行离子轰击，轰击电压为200V～500V，轰击时间为15min～30min；调节蒸发源温度至1200℃～1300℃，使所述铝气化，气化后的铝粒子在所述石墨烯气凝胶上沉积形成铝膜。在其中一个实施例中，所述石墨烯气凝胶表面形成的铝膜的厚度为10μm～100μm。在其中一个实施例中，所述石墨烯气凝胶的比表面积为100m2/g～400m2/g，孔径为5nm～15nm。在其中一个实施例中，所述石墨烯气凝胶采用氧化石墨烯水溶液通过冰模板法形成，所述冰模板法包括将所述氧化石墨烯水溶液进行真空冷冻干燥步骤和真空热处理还原步骤，所述冷冻干燥的温度为-50℃～-75℃，冷冻干燥时间为20h～30h，所述热处理还原的温度为1500℃～2500℃，热处理还原时间为2h～4h。在其中一个实施例中，所述搅拌的速度为450rpm/min～500rpm/min。在其中一个实施例中，采用搅拌铸造法将表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合的步骤包括：将所述铝基体在650℃～800℃加热熔融形成铝液；向所述铝液中加入所述表面形成有铝膜的石墨烯粉体，并在160rpm/min～200rpm/min转速下搅拌20min～40min，冷却固化。在其中一个实施例中，所述石墨烯粉体和所述铝基体的质量比为(0.003～0.006)：1。在其中一个实施例中，所述铝基体为高纯铝或铝合金。在其中一个实施例中，所述石墨烯铝复合材料的制备方法还包括，将所述形成有铝膜的石墨烯粉体再次进行真空蒸镀的步骤。本专利技术还提供一种所述石墨烯铝复合材料的制备方法制备得到的石墨烯铝复合材料。本专利技术进一步提供一种包含所述石墨烯铝复合材料的电缆或电线。本专利技术提供的石墨烯铝复合材料的制备方法，采用真空蒸镀法在具有三维网络结构的石墨烯气凝胶表面形成铝膜，再通过搅拌使石墨烯气凝胶中相互搭接的石墨烯片层分散形成石墨烯粉体而搅拌又不会使真空蒸镀的铝膜脱落，因此，通过搅拌可以有效制得表面形成有铝膜的石墨烯粉体，然后通过搅拌铸造法将表面形成有铝膜的石墨烯粉体与铝基体进行复合得到石墨烯铝复合材料。采用本专利技术的技术手段可以有效得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体，由于表面铝膜的存在，极大的改善了石墨烯粉体和铝基体之间的浸润性，进而通过搅拌铸造法实现石墨烯在铝基体中的均匀分布。本专利技术制备石墨烯铝复合材料的方法操作简单，制备周期短、且克服了石墨烯易团聚、难分散的问题。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的石墨烯铝复合材料的扫描电子显微镜照片；图2为本专利技术对比例1制备的石墨烯铝复合材料的扫描电子显微镜照片。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术实施例提供一种石墨烯铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：S10，提供石墨烯气凝胶，采用真空蒸镀法在石墨烯气凝胶表面形成铝膜；S20，将表面形成有铝膜的石墨烯气凝胶通过搅拌得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体；S30，采用搅拌铸造法将表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合。本专利技术实施例提供的石墨烯铝复合材料的制备方法，采用真空蒸镀法在具有三维网络结构的石墨烯气凝胶表面形成铝膜，再通过搅拌使石墨烯气凝胶中相互搭接的石墨烯片层分散形成石墨烯粉体而搅拌又不会使真空蒸镀的铝膜脱落，因此，通过搅拌可以有效制得表面形成有铝膜的石墨烯粉体，然后通过搅拌铸造法将表面形成有铝膜的石墨烯粉体与铝基体进行复合得到石墨烯铝复合材料。采用本专利技术的技术手段可以有效得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体，由于表面铝膜的存在，极大的改善了石墨烯粉体和铝基体之间的浸润性，进而通过搅拌铸造法实现石墨烯在铝基体中的均匀分布。本专利技术制备石墨烯铝复合材料的方法操作简单，制备周期短、且克服了石墨烯易团聚、难分散的问题。步骤S10中，石墨烯气凝胶是以氧化石墨烯为前驱体，在一定条件下形成的石墨烯片层相互搭接、堆垛的三维网状结构。在一些实施例中，石墨烯气凝胶的比表面积为100m2/g～400m2/g，孔径为5nm～15nm。石墨烯气凝胶可通过原位自组装法或模板法形成。优选的，石墨烯气凝胶采用氧化石墨烯水溶液通过冰模板法形成。氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯为单层或少层氧化石墨烯，其含氧质量百分数可以为30％至50％。冰模板法包括将氧化石墨烯水溶液进行真空冷冻干燥的步骤和真空热处理还原的步骤。在一些实施例中，冷冻干燥的温度可以为-50℃～-75℃，冷冻干燥时间可以为20h～30h。冷冻干燥的温度还可以独立的选择-55℃、-60℃、-65℃或-70℃。在一些实施例中，热处理还原的温度可以为1500℃～2500℃，热处理还原时间可以为2h～4h。热处理还原的温度还可以独立的选择1600℃、1700℃、1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃。冷冻干燥温度和热处理还原温度均会影响石墨烯气凝胶中石墨烯片层的搭接堆叠。不同氧化石墨烯加入量对石墨烯气凝胶的形态有比较大的影响，在一些实施例中，氧化石墨烯水溶液的浓度为3mg/ml～6mg/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供石墨烯气凝胶，采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜；/n将所述表面形成有铝膜的石墨烯气凝胶通过搅拌得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体；以及/n采用搅拌铸造法将所述表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供石墨烯气凝胶，采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜；
将所述表面形成有铝膜的石墨烯气凝胶通过搅拌得到表面形成有铝膜的石墨烯粉体；以及
采用搅拌铸造法将所述表面形成有铝膜的石墨烯粉体和铝基体进行复合。


2.根据权利要求1所述的石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用真空蒸镀法在所述石墨烯气凝胶表面形成铝膜的步骤包括：
在真空状态下对所述石墨烯气凝胶进行离子轰击，轰击电压为200V～500V，轰击时间为15min～30min；
调节蒸发源温度至1200℃～1300℃，使所述铝气化，气化后的铝粒子在所述石墨烯气凝胶上沉积形成铝膜。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶表面形成的铝膜的厚度为10μm～100μm。


4.根据权利要求1所述的石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶的比表面积为100m2/g～400m2/g，孔径为5nm～15nm。


5.根据权利要求1所述的石墨烯铝复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶采用氧化石墨烯水溶液通过冰模板法形成，所述冰模板法包括将所述氧化石墨烯水溶液进行真空冷冻干燥步骤和真空热处理还原步骤，所述冷冻干燥的温度为-50℃～-75℃，冷冻干燥时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长科，杨新伟，李辰鹏，王成军，钟小勇，
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