石墨烯/金属纳米复合物粉末及其制造方法技术

本发明专利技术提供了石墨烯/金属纳米复合物粉末及其制造方法。该石墨烯/金属纳米复合物粉末包括基体金属和分散在所述基体金属中的石墨烯。该石墨烯充当基体金属用增强材料。石墨烯以薄膜形式介入基体金属的金属颗粒之间并与金属颗粒结合。基体金属中含有的石墨烯的体积分数大于0体积％且小于30体积％，该范围对应于以下界限：在该界限内能够防止由于石墨烯之间的反应引起的石墨烯的结构变化。

【技术实现步骤摘要】

所描述的技术大体上涉及纳米复合物粉末及其制造方法，更特别地，涉及石墨烯/ 金属纳米复合物粉末及其制造方法。
技术介绍
金属是一种具有良好强度以及高导热性和高导电性的材料。同时，因为金属由于其高延展性而比其他材料更容易加工，因此金属可以以各种形式用于各行各业。近年来，对将可适用于各种工业领域的纳米技术应用于金属来获得金属纳米粉末的制备方法进行了大量的研究。特别地，除了金属的自身特性之外，随着金属颗粒尺寸的降低新发现的金属纳米粉末的机械特性和物理特性得到了广泛关注。具体而言，由于表面效应、体积效应以及颗粒之间的相互作用所引起的新特征，期望将金属纳米粉末应用于高级材料，例如高温结构材料、工具材料、电磁材料、以及用于过滤器和传感器的材料。此外，许多研究已经集中于维持或提高常规金属粉末的特性或改善常规金属粉末的机械特性。
技术实现思路
本专利技术提供含有石墨烯/金属纳米复合物粉末的材料，其具有增强的机械特性。另外，本专利技术提供一种具有增强的机械特性的含有石墨烯/金属纳米复合物粉末的材料的制造方法。一个实施方式中，提供了石墨烯/金属纳米复合物粉末。该石墨烯/金属纳米复合物粉末包括基体金属(base metal)以及分散在所述基体金属中并且充当所述基体金属用增强材料的石墨烯。该石墨烯以薄膜形式介入基体金属的金属颗粒之间，并且与金属颗粒结合。基体金属中含有的石墨烯体积分数大于0体积％，且小于30体积％，该范围对应于以下界限在该界限内可以防止由于石墨烯之间的反应引起的石墨烯的结构变化。另一实施方式中，提供了一种石墨烯/金属纳米复合物材料。该金属纳米复合物材料含有上述石墨烯/金属纳米复合物粉末，并且是一种使用粉末烧结工艺制备的烧结材料。另一实施方式中，提供了一种石墨烯/金属纳米复合物粉末的制造方法。该方法包括使石墨烯氧化物(graphene oxide)分散在溶剂中。在分散有石墨烯氧化物的溶剂中提供基体金属的金属盐。此后，对石墨烯氧化物和所述金属盐进行还原，从而制备其中石墨烯以薄膜形式分散在基体金属的金属颗粒之间的金属纳米复合物粉末。分散的石墨烯充当基体金属用增强材料，其体积分数大于0体积％且小于30体积％，该范围对应于以下界限 在该界限内可以防止由于石墨烯之间的反应引起的石墨烯的结构变化。又一实施方式中，提供了一种石墨烯/金属纳米复合物材料的制备方法。该方法包括使石墨烯氧化物分散在溶剂中。在分散有石墨烯氧化物的溶剂中提供基体金属的金属盐。对该溶剂中含有的金属盐进行氧化以形成金属氧化物。对石墨烯氧化物和所述金属氧化物进行还原，由此制备其中石墨烯以薄膜形式分散在基体金属的金属颗粒之间的粉末。分散的石墨烯作为基体金属用增强材料，并控制其体积分数大于0体积％，且小于30 体积％，该范围对应于以下界限在该界限内可以防止由于石墨烯之间的反应引起的石墨烯的结构变化。又一实施方式中，提供一种石墨烯/金属纳米复合物材料的制造方法。该方法包括通过在基体金属熔点的约50% 80%的温度，对使用本专利技术一个实施方式的方法所制备的石墨烯/金属纳米复合物粉末进行烧结而形成块状材料。该
技术实现思路
以简述形式来介绍摘选的概念，在以下具体实施方式中会进一步说明所述概念。该
技术实现思路
并不是意图要确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不是意图用其来作为确定所要求保护主题范围的一种辅助。附图说明通过参考附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细说明，本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点对本领域普通技术人员而言更加明显。图IA和IB为一个实施方式的石墨烯/金属纳米复合物粉末的扫描电子显微镜 (SEM)图像；图2为一个比较例的石墨烯/金属纳米复合物粉末的SEM图像；图3A和:3B分别为根据一个实施方式和一个比较例制造的块状材料的断口 SEM图像；图4为说明一个实施方式的石墨烯/金属纳米复合物粉末的制造方法的流程图；图5为说明另一实施方式的石墨烯/金属纳米复合物粉末的制造方法的流程图；图6为一个实施方式的石墨烯/铜(Cu)纳米复合物粉末的透射电子显微镜(TEM) 图像；图7为一个实施方式的石墨烯/镍(Ni)纳米复合物粉末的SEM图像；图8为一个实施方式的石墨烯/Cu纳米复合物粉末的SEM图像；图9为显示一个实施方式的石墨烯/Cu纳米复合物粉末的应力-应变特性的测量结果的图；和图10为显示一个实施方式的石墨烯/Cu纳米复合物粉末的应力-应变特性的测量结果的图。专利技术详述应该容易理解，通常如本文附图中描述和说明的本专利技术的组件能够以各种不同的构造进行布置和设计。因此，以下对本专利技术的设备和方法的实施方式进行的更详细说明，如附图中所示，并不意图限制所要求保护的本专利技术的范围，其只不过代表本专利技术的实施方式的特定实施例。通过参考附图可以最好地理解目前描述的实施方式，所述附图中类似的部件始终由类似的数字表示。此外，附图不必须是按比例的，为清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸可能进行了扩大。还应该理解的是，当称元件或层在另一元件或层“上”时，该元件或层可以直接在其它元件或层上，或者可以存在插入元件或层。本专利技术中所使用的术语“石墨烯”是指其中多个碳原子互相共价键合以形成多环芳香族分子的单层或多层材料。共价键合的碳原子可以为例如五元、六元或七元的环状基本重复单元。在本专利技术中，“石墨烯/金属”复合物粉末是指含有金属或其合金作为基体金属的粉末，在该粉末中石墨烯分散在基体金属中。该“基体金属”包括性地指作为粉末基体的各种金属或合金。本文所用的术语“石墨烯/金属纳米复合物粉末”是指含有金属或金属合金作为基体金属的纳米级复合物粉末，在该纳米级复合物粉末中石墨烯分散在基体金属中。 在一个实例中，“石墨烯/铜(Cu)纳米复合物粉末”是指含有Cu或Cu合金作为基体金属的纳米级复合物粉末，在该纳米级复合物粉末中石墨烯分散在基体金属中。纳米级是指直径、 长度、高度或宽度为约10 μ m以下。石墨烯/金属纳米复合物粉末本专利技术一个实施方式的石墨烯/金属纳米复合物粉末可以包括基体金属以及分散在基体金属中的石墨烯。石墨烯以薄膜形式介入基体金属的金属颗粒之间，同时与金属颗粒结合。石墨烯可以为碳(C)原子的单层或多层，例如，厚度为约IOOnm以下的膜。根据一个实施方式，基体金属可以为金属或合金，其含有选自但并不限于由铜(Cu)、镍(Ni)、钴 (Co)、钼(Mo)、铁(Fe)、钾(K)、钌(Ru)、铬(Cr)、金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、 钨(W)、铅(Pb)、错(Zr),W (Zn)以及钼(Pt)组成的组中的至少一种。根据另一实施方式， 可以使用在溶剂中形成金属盐的各种金属中的一种作为基体金属。下文中，参考图1来说明使用Cu作为基体金属的一个实施方式。图IA和IB为一个实施方式的石墨烯/金属纳米复合物粉末的扫描电子显微镜 (SEM)图像。具体而言，图IA为其中未分散有石墨烯的Cu基体金属的SEM图像，图IB为分散有石墨烯的石墨烯/Cu基体金属的SEM图像。当对图IA和IB进行比较时，通过将石墨烯130分散在Cu基体金属中来制造一个实施方式的石墨烯/Cu纳米复合物粉末。图IA显示在Cu基体金属中Cu颗粒110规则地结合的排列。与之相反，如图IB所示，将石墨烯/Cu纳米复合物粉末构造成使Cu基本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．石墨烯／金属纳米复合物粉末，所述石墨烯／金属纳米复合物粉末包含：基体金属；和石墨烯，所述石墨烯分散在所述基体金属中，并且充当所述基体金属用增强材料，其中所述石墨烯以薄膜形式介入所述基体金属的金属颗粒之间，并且与所述金属颗粒结合，以及所述基体金属中含有的石墨烯的体积分数大于０体积％且小于３０体积％，该范围对应于以下界限：在该界限内能够防止由于所述石墨烯之间的反应引起的所述石墨烯的结构变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洪淳亨，黃载元，林炳圭，陈成奂，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：KR