一种高导电性石墨烯制造技术

本发明专利技术涉及一种高导电性石墨烯

【技术实现步骤摘要】
一种高导电性石墨烯/铜合金材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于电工材料
，具体地，涉及一种高导电性石墨烯
/
铜合金材料及其制备和应用
。

技术介绍

[0002]铜
(Cu)
因其优异的电性能而在电子封装
、
精密电子器件
、
电路等领域受到青睐；然而，其较差的机械性能限制了其应用范围
。
值得注意的是，当前科学技术的发展对材料的综合性能提出了更高的要求
。
单一性能的材料很难适应当前的技术发展步伐，因此制备具有高机械应变
/
应力和高电导率
(Ec)
的铜基复合材料
(CMCs)
具有重要意义
。
制备
CMC
的有效方法之一是在系统中引入强化相
。
石墨烯
(Gr)
及其衍生物，包括氧化石墨烯
(GO)、
还原氧化石墨烯
(rGO)
和石墨烯纳米片
(GNP)
，由于其高强度和杨氏模量
、
高电导率
(Ec)
和超高导热性的性能而受到重要的研究兴趣
。
因此是
CMC
的理想增强相
。
[0003]然而，目前
Gr/CMCs
的研究普遍遇到两个主要问题
。
一方面，其性能提升往往低于预期，主要原因是
Gr
在制备过程中团聚严重，且与金属基体的界面结合不良
。
目前，许多制备技术都用于解决
Gr
团聚和与金属界面相容性差的问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高导电性石墨烯
/
铜合金材料及其制备和应用
。
[0005]本专利技术要解决的技术问题：目前
Gr/CMCs
的研究普遍遇到两个主要问题
。
一方面，其性能提升往往低于预期，主要原因是
Gr
在制备过程中团聚严重，且与金属基体的界面结合不良
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种高导电性石墨烯
/
铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)
将亚微米级球形铜加入质量分数1％的十六烷基三甲基溴化铵
(CTAB)
溶液中，磁力搅拌
2h
进行表面改性处理，使亚微米级球形铜表面带正电，得到悬浮液，再将悬浮液加入到质量分数3％的增强石墨烯分散液中，搅拌
1h
，氧化石墨烯
(GO)
通过静电吸附的方式包覆在亚微米级球形铜表面，再经抽滤并在
50℃
下真空干燥，得到亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末；
[0009]上述反应过程中，亚微米级球形铜经十六烷基三甲基溴化铵改性后表面带正电，表面带正电的亚微米级球形铜可以吸附在氧化石墨烯表面
。
[0010]2)
将亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末添加到质量分数
60
％的
Cu
分散液中，并将搅拌1小时，然后，将产物抽滤并在
50℃
下真空干燥，得到亚微米级球形铜
@GO/Cu
复合粉末；
[0011]3)
将亚微米级球形铜
@GO/Cu
复合粉末在真空热压炉中进行粉末固结成型和
GO
热还原，即得高导电性石墨烯
/
铜合金材料；
[0012]亚微米级球形铜
@GO/Cu
复合粉末在真空热压炉
(
型号
VVPgr
‑
15
‑
2000)
中在高纯氩气
(
纯度
≥99.999
％
)
保护下进行粉末固结成型和
GO
热还原，热压炉采用内径
24mm
的石墨模
具，粉末用量为
60g
，烧结前，将真空热压炉抽真空，当炉内残余真空度
≤20Pa
时，关闭真空泵
。
高纯氩气从炉底通入，气体流量为
10L/min。
氩气的密度大于空气和氧气的密度；因此，从炉底部引入的氩气不断地将炉内残留的空气和氧气推到炉顶部
。
当炉压达到
0.02MPa
时，停止通风，打开炉顶排气阀，释放残余空气和氧气，当炉压降至标准大气压时，关闭排气阀
。
上述操作步骤重复3次，确保炉内有高纯氩气保护，无残留氧气
。
为避免流氩对加热保温过程产生不利影响，在烧结过程中，未采用流氩保护
。
然后打开顶部排气阀，排出烧结过程中
CTAB
热解和
GO
还原释放的杂质气体
。
关闭排气阀，将温度连续升高至
900℃
，然后保持
1h
以完成烧结和热还原过程
。
然后，以
10℃/min
的冷却速率将温度降至
200℃
，然后结束程序并使炉自然冷却至室温
。
在整个热压烧结过程中，对模具施加
40MPa
的压力
。
[0013]上述反应过程中，由于亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末填充在
Cu
粒子的间隙中，经热解后生成
Cu/Cu
x
O
y
/rGO
三层结构，其中
(Cu
x
O
y
为
Cu2O
和
Cu4O3)
[0014]进一步地，步骤
1)
中，亚微米级球形铜
、
十六烷基三甲基溴化铵溶液和增强石墨烯分散液的用量比为
59.7g
：
100mL
：
100mL。
[0015]进一步地，步骤
2)
中，亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末与
Cu
分散液的用量比为
60g
：
100mL。
[0016]进一步地，增强石墨烯分散液的制备过程如下：
[0017]将粒径为
1.5
‑
1.9nm
碳量子点粉末加入到浓度为
1mg/mL
的氧化石墨烯分散液中，超声处理
40
分钟后，将所得溶液搅拌
5min
，然后，将所得混合物在室温下进一步超声分散
40
分钟，最后，将混合物过滤并在...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高导电性石墨烯
/
铜合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)
将亚微米级球形铜加入质量分数1％的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，得到悬浮液，再将悬浮液加入到质量分数3％的增强石墨烯分散液中，搅拌
1h
，再经抽滤并在
50℃
下真空干燥，得到亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末；
2)
将亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末添加到质量分数
60
％的
Cu
分散液中，并将搅拌1小时，然后，将产物抽滤并在
50℃
下真空干燥，得到亚微米级球形铜
@GO/Cu
复合粉末；
3)
将亚微米级球形铜
@GO/Cu
复合粉末在真空热压炉中进行粉末固结成型和
GO
热还原，即得高导电性石墨烯
/
铜合金材料；所述增强石墨烯分散液是将碳量子点粉末加入到石墨烯分散液中制得
。2.
根据权利要求1所述的高导电性石墨烯
/
铜合金材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中，亚微米级球形铜
、
十六烷基三甲基溴化铵溶液和增强石墨烯分散液的用量比为
59.7g
：
100mL
：
100mL。3.
根据权利要求1所述的高导电性石墨烯
/
铜合金材料的制备方法，其特征在于：步骤
2)
中，亚微米级球形铜
@GO
核壳粉末与
Cu
分散液的用量比为
60g
：
100mL。4.
根据权利要求1所述的高导电性石墨烯
/
铜合金材料的制备方法，其特征在于：增强石墨烯分散液的制备过程如下：将粒径为
1.5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：成小娟，程欣，罗佳鹏，
申请(专利权)人：深圳特新界面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：