石墨烯增强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增强复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供的石墨烯增强复合材料的制备方法，包括步骤：采用电沉积法将石墨烯沉积到铜片上，得到石墨烯/铜复合材料；将镍片、石墨烯/铜复合材料依次叠放于密闭容器中，抽真空后加热，再热轧，得到石墨烯增强复合材料。本发明专利技术提供的石墨烯增强复合材料的方法简单，生产周期短，工艺安全、可靠、整洁，生产成本低，适合大规模生产；本发明专利技术采用物理电沉积石墨烯，可以改善石墨烯与金属基体的结合，使得石墨烯在金属基体上分布更加均匀，并且可以通过改变沉积电压大小来调整石墨烯层的厚度，可设计性强。计性强。计性强。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯增强复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种石墨烯增强复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]针对当今世界各国对新兴科学技术和工业化生产的发展要求，石墨烯以其优异的性能成为了当下科学界的焦点之一。目前，全球已有80多个国家投入石墨烯的研发、生产。美国、欧盟、日本、韩国等相继发布或资助了一系列相关研究计划和项目。特别是欧盟制定了石墨烯旗舰计划，计划投入10亿欧元。全球石墨烯研发、生产综合实力最强的前三甲是美国、日本、中国。不仅如此，IBM、英特尔、陶氏化学、三星等国际知名跨国企业纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向，而且还涌现出了大批专门从事石墨烯研发、生产和应用的机构和企业。
[0003]石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。1毫米厚的石墨大约包含300万层石墨烯，是石墨基本组成单位。自2004年由英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈
·
盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁
·
诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现以来制备石墨烯的新方法层出不穷。常见的有：机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法。石墨烯的特殊组成结构使其具有优异的力学性能、电性能、和热物理性能。其中石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。并且具有很好的韧性，且可以弯曲。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（V
·/>s），这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟（InSb）的两倍以上。而且石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/m
·
K，是目前为止导热系数最高的碳材料。
[0004]近年来，基于石墨烯增强金属材料的研究取得了部分进展，其中的一些研究表明石墨烯作为复合材料的增强相来克服传统材料在性能上的瓶颈，由于石墨烯具有高弹性模量、高强度可以显著提高材料的强度、韧性和导电性能，但是目前的科技手段还不是很成熟，所以想要获得稳定、高质量的石墨烯增强金属材料工艺难度较大。而且相关研究是基于粉末冶金和等离子烧结手段来制备材料，都没有对界面结构进行设计，可设计性弱。

技术实现思路

[0005]本申请通过提供一种石墨烯增强复合材料及其制备方法，解决了现有技术中石墨烯增强金属材料的制备方法不成熟、可设计性弱、且得到的石墨烯增强金属材料性能低等问题，实现了制备方法简单，适合大规模生产，可设计性强，且能制得性能好的石墨烯增强金属材料等效果。
[0006]本专利技术提供了一种石墨烯增强复合材料的制备方法，包括步骤：采用电沉积法将石墨烯沉积到铜片上，得到石墨烯/铜复合材料；将镍片、石墨烯/铜复合材料依次叠放于密闭容器中，抽真空后加热，再热轧，得到石墨烯增强复合材料。专利技术人经过长期研究发现，通
过本专利技术提供的方法制备石墨烯增强复合材料，生产周期短，工艺安全、可靠、整洁，适合大规模生产；并且通过物理电沉积石墨烯，改善了石墨烯与金属基体的结合，使得石墨烯在金属基体上分布均匀。
[0007]另外，根据本专利技术上述的石墨烯增强复合材料的制备方法，还可以具有如下的附加技术特征。
[0008]根据本专利技术，采用电沉积法将石墨烯沉积到铜片过程中，是将铜片和镍片互相平行放置于电沉积容器中，铜片连接阳极，镍片连接阴极，电沉积溶液为单层氧化石墨烯溶液。
[0009]根据本专利技术，沉积电压为5
‑
20V，沉积电流0.01
‑
0.05A，沉积时间为60
‑
120s，沉积温度为室温。
[0010]根据本专利技术，单层氧化石墨烯溶液的制备方法包括步骤：将浓度为1
‑
1.5mg/mL的氧化石墨烯溶液超声后离心，取上层溶液持续搅拌0.5
‑
2h，得到单层氧化石墨烯溶液；其中，超声的时间为1
‑
60min；离心的转速为6000
‑
12000rpm，离心的时间为30
‑
60min。
[0011]根据本专利技术，还包括将沉积得到的石墨烯/铜复合材料进行干燥的步骤，干燥的时间为6
‑
10小时。
[0012]根据本专利技术，铜片、镍片在使用之前需要采用砂纸进行打磨，以确保表面干净；其中，砂纸为400
‑
800目；铜片、镍片的尺寸相同。
[0013]根据本专利技术，抽真空后的真空度为10
‑2Pa以下；加热的温度为500
‑
800℃，加热的时间为30
‑
60min；热轧的下压量为80%
‑
90%，石墨烯增强复合材料的厚度为6
‑
7mm。
[0014]根据本专利技术，还包括在密闭容器的最底层和最上层分别放置一层隔离布。
[0015]根据本专利技术，铜片与镍片的尺寸均为100mm*75mm*0.5mm；密闭容器包括普碳钢敞口容器和密封盖，普碳钢敞口容器长、宽、高分别为101mm、76mm、35mm，密封盖的长、宽、高分别为101mm、76mm、5mm。
[0016]本专利技术还提供了一种根据上述方法制备得到的石墨烯增强复合材料。本专利技术提供的石墨烯增强复合材料屈服强度、抗拉强度、延伸率等性能均有显著的提升，综合性能好。
[0017]本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下的有益效果：（1）本专利技术提供的石墨烯增强复合材料的方法生产周期短，工艺安全、可靠、整洁，制备方法简单，生产成本低，可设计性强，适合大规模生产。
[0018]（2）本专利技术采用物理电沉积石墨烯，改善了石墨烯与金属基体的结合，使得石墨烯在金属基体上分布更加均匀，界面结合良好，同时也尽可能的避免了热轧后板材性能不稳定的问题，具有优异的力学性能。
[0019]（3）本专利技术采用物理电沉积石墨烯，可以通过改变沉积电压大小来调整石墨烯层的厚度，可设计性强。
[0020]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中Cu
‑
Ni
‑
Go
‑
15V热轧后石墨烯在层间的分布示意图；图2为本专利技术实施例2中Cu
‑
Ni
‑
Go
‑
15.5V热轧后石墨烯在层间的分布示意图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0023]本专利技术提供了一种石墨烯增强复合材料的制备方法，包括步骤。
[0024]S1：石墨烯/铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：采用电沉积法将石墨烯沉积到铜片上，得到石墨烯/铜复合材料；将镍片、所述石墨烯/铜复合材料依次叠放于密闭容器中，抽真空后加热，再热轧，得到所述石墨烯增强复合材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述采用电沉积法将石墨烯沉积到铜片过程中，是将铜片和镍片互相平行放置于电沉积容器中，所述铜片连接阳极，所述镍片连接阴极，电沉积溶液为单层氧化石墨烯溶液。3.根据权利要求2所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：沉积电压为5
‑
20V，沉积电流为0.01
‑
0.05A，沉积时间为60
‑
120s，沉积温度为室温。4.根据权利要求2所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述单层氧化石墨烯溶液的制备方法包括步骤：将浓度为1
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1.5mg/mL的氧化石墨烯溶液超声后离心，取上层溶液持续搅拌0.5
‑
2h，得到所述单层氧化石墨烯溶液；其中，所述超声的时间为1
‑
60min；所述离心的转速为6000
‑
12000rpm，所述离心的时间为30
‑
60min。5.根据权利要求1所述的石墨烯增强复合材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昕，
申请(专利权)人：华星先进科学技术应用研究天津有限公司，
类型：发明
国别省市：