[发明专利]一步法制备石墨烯/铜复合粉体的方法

说明书

一步法制备石墨烯/铜复合粉体的方法，属于无机合成和粉末冶金的技术领域。本发明解决了现有制备石墨烯/铜复合粉体存在石墨烯在铜表面包覆的均匀性不好、成本较高、工艺较复杂等技术问题。本发明方法如下：在无氧气气氛、气压为0.001Pa‑101325Pa条件下，将有机铜盐粉体以1‑500℃/min的速率升温至600‑1050℃，加热0.1min‑600min后在无氧气气氛下冷却，即得到石墨烯/铜复合粉体。本发明采用铜盐作为原料，价格便宜、设备和操作非常简单，易于进行批量化生产；本发明在一步加热的过程中同时实现了铜纳米粒子的制备与石墨烯在纳米粒子表面的包覆。

技术领域

本发明属于无机合成和粉末冶金的技术领域。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子构成的新型材料。其超高的机械性能，超强的导电、导热性能以及超大的比表面积等优点，吸引了研究者们的广泛关注。单层石墨烯的杨氏模量和拉伸强度分别高达1TPa和130GPa，电子迁移率为200,000cm²V^-1s^-1，同时其比表面积高达2600m²g^-1，而密度仅为2.2g cm^-3。将石墨烯与常用的金属材料铜复合的意义为：包覆在铜晶粒表面的石墨烯可有效改善铜的弱抗氧化性，实现保护作用；还可以最大程度上避免铜晶粒的团聚作用，从而获得稳定的纳米铜粉体。包覆石墨烯的纳米铜粉在铜基复合材料、抗菌、导电墨水、润滑油添加剂和催化剂方面具有广阔的应用前景。

目前报导的制备石墨烯/铜纳米复合粉体的方法如下：

Chu等(Phys Status SolidiA2014；211:184-90)先将石墨用浓硫酸处理得到石墨烯纳米片，将石墨烯纳米片与铜粉进行混合并高能球磨制备复合粉体。但研究显示，高能球磨法会破坏石墨烯结构，经长时间高能球磨的石墨烯会转化为无定型碳。

Yakun Chen等(Scientific Reports,2016,6:19363)利用甲基丙烯酸甲酯作为固体碳源，与铜粉混合进行球磨。而后将复合粉体放入石英管式炉(预热到800℃)中在氢气氩气混合气氛下煅烧，并迅速冷却至室温从而实现在薄片状铜粉上原位生长石墨烯制备复合粉体。

除分别制备铜粉与石墨烯再实现复合之外，刘磊等(CN103736993A)采取的方法是分子级混合法，取五水合硫酸铜、硫酸镍、柠檬酸、硼酸配制成混合溶液放置于磁力搅拌水浴锅中加热，再加入氧化石墨烯溶液，搅拌，再加入次亚磷酸钠溶液，搅拌，进行加速反应，超声分散处理，即可获得均匀分散的石墨烯/铜复合材料溶液，最后用微孔过滤膜对溶液进行反复抽滤，多次洗涤至pH呈中性，真空干燥还原即可得到复合粉体。

哈尔滨工业大学王黎东、崔烨(RSCAdv.,2015,5,51193–51200)采取的方法也是分子级混合法，将氧化石墨溶液超声处理为氧化石墨烯溶液后，加入到醋酸铜溶于氨水得到的铜氨溶液中进行超声处理，在100℃下磁力搅拌并在均质机的剪切作用下蒸干水分后，在空气中200℃下加热并还原处理得到复合粉体。

上述方法均是利用已制备好的石墨烯或铜为原料，进而利用某种工艺实现二者的复合，其缺点是石墨烯在铜表面包覆的均匀性不好、成本较高、工艺较复杂。另外，高能球磨法会破坏石墨烯结构，经长时间高能球磨的石墨烯会转化为无定型碳。

发明内容

目前，制备石墨烯/铜基复合粉体的方法有球磨法和分子级混合法等。实现石墨烯在铜基体中的均匀分散是一直以来的研究重点，但球磨法由于其机制为机械共混，难以实现石墨烯均匀包覆在纳米铜表面。而分子级混合法则工艺相对较为复杂，成本相对较高。

本发明要解决现有制备石墨烯/铜复合粉体存在石墨烯在铜表面包覆的均匀性不好、成本较高、工艺较复杂等技术问题；而提供了一步完成铜纳米粒子的制备和石墨烯的合成与包覆。本发明利用“一步法”制备石墨烯/铜复合粉体的方法，该方法能同时制备纳米铜颗粒、石墨烯并实现二者的复合。