石墨烯包覆铜粉的复合材料及其制备方法技术

本申请涉及复合材料领域，涉及一种石墨烯包覆铜粉的复合材料及其制备方法。采用碳源气体作为雾化介质对铜液进行雾化处理，使碳源气体被催化分解得到石墨烯并附着在雾化形成的铜粉表面；碳源气体为惰性气体、氢气、有机气体的混合气。通过选择特定的雾化介质，满足了石墨烯生长气氛要求，采用一步法实现了在雾化形成铜粉的同时还在铜粉表面原位生长石墨烯，从而获得了石墨烯包覆铜粉的复合材料。该方法显著地减少了工艺步骤，大幅度缩短了石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备流程，有利于大批量生产，便于推广。该方法更容易控制石墨烯的均匀性，相对于现有技术中两步法，避免了石墨烯的高温粘连，有利于减少石墨烯的缺陷，提高复合材料的质量。材料的质量。材料的质量。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯包覆铜粉的复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯包覆铜粉的复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业技术的发展，对材料的强度、导电及导热的综合性能，提出了更高的要求。铜由于具有良好的导电性、导热性以及延展性受到人们的广泛关注，但铜强度低、不耐磨、高温易变性的特点限制了其应用。石墨烯是由碳原子组成的呈六边形的二维晶格结构的纳米材料(GNPs)，单层厚度仅0.34nm，是迄今为止发现的最薄、强度最高、最坚韧、传热性和导电性最好的纳米材料，自被发现以来就被誉为金属基复合材料的优异增强体。结合石墨烯和铜优势，将石墨烯作为增强相与铜基体结合起来，可以制备出满足工业发展的高强高导高导热复合材料。
[0003]近年来，石墨烯铜基复合材料的制备方法不断更迭，主要包括粉末冶金法、分子级混合法、原位合成法、化学气相沉积法、电化学沉积法、熔铸法等等，无论哪种方法都是为了得到界面结合良好、石墨烯分散均匀的石墨烯铜基复合材料，其中粉末冶金法是目前较为成熟，应用较为广泛的石墨烯铜基复合材料制备方法。石墨烯易发生团聚，石墨烯与铜基体之间的润湿性差，这两个问题严重影响着复合材料的界面结合强度，如何将石墨烯包覆在铜粉上是需要解决的问题，目前有两种解决方法，一类是将石墨烯与铜粉进行物理混合，在进行一系列后处理得到复合粉末，如：球磨法、湿混法、静电吸附法，其中球磨法容易造成石墨烯原本结构的破坏，不利于复合材料的导电性和机械性能；湿混法和静电吸附法，工艺繁琐，耗时长，不利于大规模生产，且分散效果有限。另一类是将铜粉处理后进行原位生长石墨烯，这种技术路线很好的解决了石墨烯分散性问题，但目前常规的方法步骤较多，存在工艺繁琐，成本高，难以批量生产的缺点。
[0004]专利CN105965025B基于气雾化制粉技术，在传统的制粉装置雾化室外部增设多路气路，在雾化室内部增设逐级控温装置和物料降速装置，实现石墨烯在铜粉颗粒表面的原位包覆生长，缩短了制备流程。但此方法对设备要求较高，在传统雾化设备的基础上改动较大，且工艺不易控制。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种石墨烯包覆铜粉的复合材料及其制备方法，能够缩短石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备流程，提高复合材料的质量。
[0006]第一方面，本申请提供一种石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，包括：
[0007]采用碳源气体作为雾化介质对铜液进行雾化处理，使碳源气体被催化分解得到石墨烯并附着在雾化形成的铜粉表面；
[0008]碳源气体为包括惰性气体、氢气以及有机气体的混合气。
[0009]该方法基于气雾化制粉技术，通过选择含有惰性气体、氢气以及有机气体的碳源
气体这种特定的雾化介质，满足了石墨烯生长气氛要求，采用一步法实现了在雾化形成铜粉的同时还在铜粉表面原位生长石墨烯，从而获得了石墨烯包覆铜粉的复合材料。而专利技术人已知的技术中，制备石墨烯包覆铜粉的复合材料时，至少需要两步才能获得，一般是先将铜液(熔融的铜)气雾化成铜粉，然后采用气相沉积的方法在铜粉的表面沉积石墨烯。显然，本申请提供的方法，相对于现有技术中的方法，显著地减少了工艺步骤，大幅度缩短了石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备流程，有利于大批量生产，便于推广。进一步地，采用本申请实施方式提供的方法，由于是在气雾化的过程中在铜粉表面原位生长石墨烯，更容易控制石墨烯的均匀性，相对于前述的现有技术中的两步法，避免了石墨烯的高温粘连，有利于减少石墨烯的缺陷，提高制得的石墨烯包覆铜粉的复合材料的质量。
[0010]在本申请的其他实施例中，上述按照体积分数计，惰性气体、氢气以及有机气体的比例为：87.20％～93.50％的惰性气体、6.64％～12.50％的氢气、0.01％～0.40％的有机气体。
[0011]在本申请的其他实施例中，按照体积分数计，上述惰性气体、氢气以及有机气体的比例为：87.30％～93.40％的惰性气体、6.65％～12.40％的氢气、0.02％～0.39％的有机气体。
[0012]在本申请的其他实施例中，上述有机气体包括烷烃类气体，可选地，有机气体选择甲烷或者乙烷中的至少一种。
[0013]在本申请的其他实施例中，上述所惰性气体选择氩气或者氮气中的至少一种。
[0014]在本申请的其他实施例中，上述雾化处理的步骤包括：将铜材料熔炼得到铜液，对铜液进行浇注雾化，雾化压力2Mpa～7Mpa。
[0015]在本申请的其他实施例中，上述铜液的过热度为150℃
‑
200℃。
[0016]在本申请的其他实施例中，上述将铜材料熔炼得到铜液的步骤包括：将铜材料放置于10pa以下真空环境，采用惰性气体保护，然后充气至负压条件时，熔炼铜材料为铜液。
[0017]在本申请的其他实施例中，上述负压为0.09Mpa～0.1Mpa；可选地，铜材料选择纯铜或者铜合金；可选地，纯铜的纯度大于99.9％。
[0018]第二方面，本申请提供一种石墨烯包覆铜粉材料，采用前述第一方面任一实施例提供的石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法制得。
[0019]该石墨烯包覆铜粉的复合材料，通过采用前述任一项实施例提供的方法在铜粉的表面包覆石墨烯，使得石墨烯均匀地包覆在铜粉的表面。该石墨烯包覆铜粉的复合材料中，石墨烯呈单层或多层沉积吸附在铜粉的表面，整个石墨烯包覆铜粉的复合材料其粉末呈球状，且铜粉表面的石墨烯的粘连较少，铜粉表面的石墨烯缺陷较少，石墨烯包覆铜粉的复合材料质量高。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021]图1为本申请实施例提供的石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法的示意图；
[0022]图2为本申请实施例提供的石墨烯包覆铜粉的复合材料的表面形貌图；
[0023]图3为本申请实施例提供的石墨烯包覆铜粉的复合材料的拉曼光谱图。
具体实施方式
[0024]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0025]因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]请参阅图1，本申请实施方式提供了一种石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：采用碳源气体作为雾化介质对铜液进行雾化处理，使所述碳源气体被催化分解得到石墨烯并附着在雾化形成的铜粉表面；所述碳源气体为惰性气体、氢气以及有机气体的混合气。2.根据权利要求1所述的石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，其特征在于，按照体积分数计，所述惰性气体、所述氢气以及所述有机气体的比例为：87.20％～93.30％的惰性气体、6.64％～12.50％的氢气、0.01％～0.40％的有机气体。3.根据权利要求1所述的石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，其特征在于，按照体积分数计，所述惰性气体、所述氢气以及所述有机气体的比例为：87.30％～93.40％的惰性气体、6.65％～12.40％的氢气、0.02％～0.39％的有机气体。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的石墨烯包覆铜粉的复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机气体包括烷烃类气体，可选地，所述有机气体选择甲烷或者乙烷中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的石墨烯包覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开辉，付莹，张瑞祥，盛海，何梦林，王恩哥，
申请(专利权)人：中科晶益东莞材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：