一种铜基-石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜基

【技术实现步骤摘要】
一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯复合材料
，具体是指一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现了石墨烯，并于2010年获得了诺贝尔物理学奖。自从石墨烯被发现以后，由于其优异的性能和巨大的应用前景引发了物理和材料科学等领域的研究热潮。
[0003]铜箔是一种阴质性电解材料，根据其性能的不同，可将铜箔划分为标准铜箔和高性能铜箔。近年来，由于航空航天、国防武器装备的需求，以及电子元器件朝着小型化、多功能发展，传统标准铜箔已经渐渐满足不了新兴高科技产品对铜箔的性能要求，如何使铜箔在超薄情况下依然具有较好的机械性能已成为研究热点之一。
[0004]以铜箔作为基体，再辅以增强体对铜基进行改性复合，克服了铜基本体的强度小、硬度低、不耐疲劳等缺点，改性复合材料在铜基的基础上也具有增强体的性能优点。
[0005]众所周知，石墨烯与金属基体的结合力弱，例如申请号:CN201810114829.2公开了一种石墨烯铜/钢复合材料的制备方法和应用，电镀液为硫酸铜220～280g/L，石墨烯0.1～3.0g/L，非离子表面活性剂0.1～6.0g/和去离子水。电镀过程中采用正弦脉冲，其电参数为：电流密度范围为500～3000A/m2，脉冲电流频率为250Hz，脉冲宽度为25s；电镀所用时间为0.5～4.0h；镀液的温度为20～70℃，pH为2.0～5.0。所用的硫酸铜
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石墨烯镀液无毒，可循环使用，节约成本，绿色环保；获得的石墨烯铜镀层表面光亮，与钢芯线的结合强度高；得到的石墨烯铜/钢复合材料中石墨烯铜的体积比为10～25％，且复合材料的导电率明显高于传统的同轴电缆内导体用铜包钢复合材料，适用于制作传输高频信号的同轴电缆内导线。其问题在于，存在石墨烯在金属基体中容易发生团聚和结合力弱的技术难题，这两大技术难题致使目前制备的金属基石墨烯块体材料无法获得预期的优异性能。
[0006]鉴于以上，有必要提出一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法，所述复合材料的制备方法为：
[0009](1)铜基
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石墨烯电镀液的制备，所述电镀液包括硫酸铜、石墨烯、增强体、添加剂、分散剂、含氯离子电解质；
[0010]所述硫酸铜为：将纯度为99.95％及以上的高纯铜线在硫酸溶液中加热溶解生成硫酸铜电解液；
[0011]所述增强体为碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维中的一种或多种；
[0012]将石墨烯与增强体球磨混合均匀，得到石墨烯复合体；
[0013]含氯离子电解质选自盐酸、氯化钠、氯化钾和高氯酸中的一种或多种；
[0014]往硫酸铜电解液搅拌中加入硫酸铜电解液总量5
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10wt％的含氯离子电解质，得到含氯离子的硫酸铜溶液；
[0015]石墨烯用量按硫酸铜总质量的取石墨烯复合体加入纯水中呈团聚状，需超声分散，超声分散后加入含氯离子的硫酸铜溶液，混合后先采用高速分散机搅拌，然后进行超声分散至静置不易沉降；
[0016](2)电镀液在≥40A/dm2的电流密度下进行电沉积，沉积过程中配合搅拌，得到铜基
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石墨烯复合材料。
[0017]进一步的，所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂。
[0018]进一步的，所述无机分散剂是硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种；所述有机分散剂是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷桐、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
[0019]进一步的，所述添加剂为明胶、羟乙基纤维素、聚乙二醇、苯基聚二硫丙烷磺酸钠、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段化合物中的一种或多种。
[0020]进一步的，所述铜基
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石墨烯电镀液中，铜离子浓度为80
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110g/L，硫酸浓度为90
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110g/L，氯离子浓度为30mg/L；电镀液的温度控制在45
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55℃，直流电流密度为40
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55A/dm2；电镀液搅拌速度400
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600r/min；铜基为1.2dm2的铜箔。
[0021]进一步的，所述石墨烯粒径＜10μm，表面积平均粒径为2.495μm。
[0022]进一步的，所述铜基
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石墨烯电镀液中添加有合金元素，所述合金元素为铬、镍、钛、铅、锂中的一种或多种。
[0023]进一步的，将石墨烯复合体与合金元素球磨混合均匀，球料比为5:1
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10:1，球磨转速为100
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400r/min，球磨时间为10h
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70h。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术的提供的电镀液，可以通过高电流的沉积条件提高铜箔电沉积的成核速率，在添加剂、分散剂和Cl
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的协同作用下，将石墨烯作为增强相引入铜箔内部，在保证铜箔低粗糙值的前提下制备高抗拉强度铜
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石墨烯复合箔。
[0026]2、加入碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维作为增强体，形成的复合材料，其自身具有优越的力学性能，能够以独立的形态、弥散均匀地分布在基体中，提高基体机械性能，有效分担基体所承受的载荷。
[0027]3、本专利技术通过在石墨烯复合体中添加少量合金元素，与石墨烯球磨混合后通过电镀形成铜合金基石墨烯复合材料，证实该铜合金基石墨烯复合材料较铜基石墨烯复合材料具有良好的抗拉伸性能，即该铜合金基体与石墨烯增强相的界面结合力提高，在电镀过程中合金元素与碳元素形成合金元素碳化物的化学键形式的强界面结合状态，从而有利于增强基体与石墨烯增强相的界面结合力。另外，经过优化所添加的合金元素的量以及石墨烯
的质量，能够得到兼具优异的导电、导热以及耐磨性能的铜合金基石墨烯复合材料，因此具有良好的应用前景。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]实施例一：
[0030](1)将纯度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的制备方法为：(1)铜基
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石墨烯电镀液的制备，所述电镀液包括硫酸铜、石墨烯、增强体、添加剂、分散剂、含氯离子电解质；所述硫酸铜为：将纯度为99.95％及以上的高纯铜线在硫酸溶液中加热溶解生成硫酸铜电解液；所述增强体为碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维中的一种或多种；将石墨烯与增强体球磨混合均匀，得到石墨烯复合体；含氯离子电解质选自盐酸、氯化钠、氯化钾和高氯酸中的一种或多种；往硫酸铜电解液搅拌中加入硫酸铜电解液总量5
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10wt％的含氯离子电解质，得到含氯离子的硫酸铜溶液；石墨烯用量按硫酸铜总质量的取石墨烯复合体加入纯水中呈团聚状，需超声分散，超声分散后加入含氯离子的硫酸铜溶液，混合后先采用高速分散机搅拌，然后进行超声分散至静置不易沉降；(2)电镀液在≥40A/dm2的电流密度下进行电沉积，沉积过程中配合搅拌，得到铜基
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石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为无机分散剂或有机分散剂。3.根据权利要求2所述的一种铜基
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石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述无机分散剂是硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种；所述有机分散剂是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷桐、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高渊彬，
申请(专利权)人：无锡万来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：