[发明专利]一种基于干法的石墨烯表面改性方法

说明书

一种基于干法的石墨烯表面改性方法，包括以下步骤：步骤一、将氧化石墨烯加入浓硝酸溶液中，超声分散、过滤，滤饼用去离子水反复洗涤至中性，得粗化处理后的氧化石墨烯；步骤二、将步骤一中粗化处理后的氧化石墨烯置于球磨机中球磨，然后将醋酸银倒入球磨机中与氧化石墨烯混合后再次球磨，得到氧化石墨烯/醋酸银的混合物；步骤三、将步骤二中氧化石墨烯/醋酸银的混合物置于马弗炉中加热，并通以氮气气氛，得到负载有Ag粒子的氧化石墨烯；步骤四、将步骤三中负载有Ag粒子的氧化石墨烯超声处理后加入水合肼还原，制备得粒径为30~100nm的Ag粒子均匀地分散在石墨烯表面。本发明方法操作简单，可规模化生产，且没有重金属污染。

技术领域

本发明属于石墨烯材料领域，特别涉及一种高效绿色的石墨烯表面改性技术。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备多相材料，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料由连续相的基体和被基体包容的相增强体组成。对于金属基复合材料的制备而言，如何寻找一种本身性能优异，且与基体结合强度高的增强相，是制备高性能金属基复合材料的关键。

英国曼彻斯特大学的Andre K. Geim等在2004年制备出石墨烯材料，其以独特的力学性能和光电性能而得到了人们的广泛关注。石墨烯具有独特的单层或多层结构，具有强度高、模量大、比表面积大、电导率高、线膨胀系数低等优点。其中，石墨烯的杨氏模量为1100GPa，断裂强度为125 GPa, 热导率约为5000·Ｗｍ^-1·K^-1, 禁带宽度约等于0，载流子迁移率达到2×105cm²·Ｖ^-1·s^-1。基于此，石墨烯纳米材料被认为是一种理想的增强相用于金属基复合钎料的制备中。

但是石墨烯极大的比表面积使其表面能很高，之间存在较强的范德华力作用，因此材料易于团聚；而且，石墨烯与金属润湿困难，与金属材料粘结性较差，将石墨烯管直接用作金属基复合材料的增强体时，往往难以形成良好的界面结合；除此之外，石墨烯密度较小，当石墨烯加入到金属基体中时，容易浮在金属基体表面。以上原因在很大程度上限制了其应用，因此，对石墨烯进行表面改性则显得尤为重要。

目前使石墨烯表面金属化的办法主要包括：化学镀和磁控溅射法。姜再兴等人利用化学镀方法，先将碳纤维去胶、脱脂处理，然后用浓酸粗化，之后用SnCl₂和PdCl₂分别进行敏化和活化处理；然后才载在镀液里镀银。此种虽然镀层质量比较好，但预处理工艺复杂，且要使用贵金属Pd，成本较高，且有重金属污染，产业化生产难度较大。吴红艳等人利用磁控溅射技术在石墨烯表面嵌入金属元素，以达到表面改性的目的。此方法虽然操作简单，但靶材及磁控溅射设备昂贵，使该工艺的成本也非常高。

发明内容

相比于繁琐的化学镀工艺和昂贵的磁控溅射技术，本发明公布一种基于干法的石墨烯表面改性方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于干法的石墨烯表面改性方法，使得石墨烯表面均匀附着Ag粒子，且Ag粒子呈球状或椭球状，粒径为30-110nm，包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯加入浓硝酸溶液中，超声分散1-3h，混合物离心过滤，滤饼用去离子水反复洗涤至中性，随后干燥处理20-28h，得到粗化处理后的氧化石墨烯，备用；

步骤二、将步骤一中粗化处理后的氧化石墨烯置于球磨机中，球磨3-13h，后停止球磨，将醋酸银倒入球磨机中与氧化石墨烯混合后再次球磨1-3h，得到氧化石墨烯/醋酸银的混合物，备用；

步骤三、将步骤二中氧化石墨烯/醋酸银的混合物置于马弗炉中300℃加热，并通以氮气气氛，保温1.5-3.5h后，随炉冷却至室温，得到负载有Ag粒子的氧化石墨烯，备用；