[发明专利]纳米多孔铜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米多孔铜复合材料及其制备方法，该纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，该制备方法包括以下步骤：制备所述纳米多孔铜层；在纳米多孔铜层上制备石墨烯层；以及在石墨烯层上制备铜层。本发明的制备方法操作简单、制造成本低，通过该方法制得的复合材料表面干净无污染、浸润性良好、界面结合牢固、稳定性好且不存在石墨烯团聚现象。

技术领域

本发明涉及一种铜复合材料及其制备方法，特别涉及一种纳米多孔铜复合材料及其制备方法。

背景技术

铜具有很好的导电导热性，但是其强度较低，满足不了人们生活和生产所需，因此在其中加入增强体来提高其强度的同时又不降低其导电导热性，成为了研究者们要解决的问题，传统的纤维和颗粒增强铜基复合材料虽然在提高强度方面有很大进步，但是这种复合材料的导电导热性随之降低。近几年的研究表明，向铜基体中加入一定量的石墨烯不仅有助于提高复合材料的导电导热性能，还能在一定程度上提高其力学性能，因此将石墨烯作为铜基复合材料的增强体，成为了近几年研究的热点。现有技术中的石墨烯增强铜基复合材料的方法有如下几种：球磨法制备复合材料、SPS法制备复合材料、球磨法和热压烧结相结合的方法等制备复合材料。但是这些方法均存在一些缺陷：例如，利用球磨法制备复合材料过程中会出现铜颗粒结构破坏和石墨烯聚集现象；SPS方法和球磨法和热压烧结相结合的方法过程复杂，制造成本昂贵，并且由于工艺复杂，产品性能也不稳定。

本发明的方法利用脱合金化法制备多孔铜，随后利用CVD和原位生长石墨烯的方法在多孔铜上生成石墨烯，最后通过浸渍烧结方法在石墨烯上生成铜颗粒制备纳米多孔铜复合材料。本发明的去合金化方法通过腐蚀溶液和较活泼的合金成分反应，留下所需的成分，进而制备出所需的多孔结构的金属，可以通过改变腐蚀溶液的种类和溶液浓度，得到不同尺寸的多孔结构。通过CVD和原位生长石墨烯的方法可以避免现有技术中的不足。例如：由于使用CVD方法，所以制备过程中不会破坏铜基体的结构，并且不会出现石墨烯的团聚；由于CVD方法和原位生长方法步骤较为简单，所以制造成本低，产品性能稳定性好。所以制得的复合材料表面干净无污染、浸润性良好、界面结合牢固、不存在石墨烯团聚现象等。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，从而克服现有技术的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种纳米多孔铜复合材料的制备方法，该纳米多孔铜复合材料依次包括纳米多孔铜层、石墨烯层和铜层，该制备方法包括以下步骤：制备纳米多孔铜层；在纳米多孔铜层上制备石墨烯层；以及在石墨烯层上制备铜层。其中，制备纳米多孔铜层的步骤具体为：制备铜锰合金片；配置去合金化腐蚀溶液，溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸和硫酸铵中的一种，溶液浓度为0.025-1mol/L；将铜锰合金片放入去合金化腐蚀溶液，并将铜锰合金片及去合金化腐蚀溶液移入容量瓶，随后抽真空并进行腐蚀，得到纳米多孔铜层；制备石墨烯层的步骤具体为：将纳米多孔铜层放入坩埚，对坩埚进行加热，升温速率为1-10℃/min，同时通入混合气，混合气包括甲烷、氢气和氩气，当温度为第一温度时，开始生长氢化石墨，在生长氢化石墨结束后，停止通入甲烷，氢气和氩气的流量不变，随后继续升温，当温度为第二温度时，进行保温，保温时间为5-60min，随后结束加热，样品随炉冷却，待温度降至常温，从而得到在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构；制备铜层步骤具体为：配置浸渍溶液，浸渍溶液为硫酸铜饱和水溶液、硝酸铜饱和水溶液和酒精硝酸铜饱和溶液中的一种，将在纳米多孔铜层上沉积石墨烯层的结构放入浸渍溶液，随后进行超声处理，超声处理时间为5-60min，超声处理结束后，将浸渍后的在纳米多孔铜层上沉积有石墨烯层的结构放入升温炉中进行烧结处理，烧结结束后得到纳米多孔铜复合材料。

优选地，上述技术方案中，第一温度是200-500℃。

优选地，上述技术方案中，第二温度是700-1000℃。