[发明专利]一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明的制备方法具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点，制得的石墨烯陶瓷复合材料具有组分结构均匀、性能优异等特点。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料技术领域。更具体地，涉及一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯具有高模量、高强度、高电子迁移率和高热导率等优异性能。将石墨烯与陶瓷材料进行复合，可显著提升陶瓷材料的力学、热学、电学和光学等性能，在诸多领域具有广泛应用前景。

目前，制备石墨烯陶瓷复合材料的方法主要包括两种，一是将氧化石墨还原、化学气相沉积、外延生长或有机合成等方法制备的石墨烯与陶瓷粉体进行混合，在进行烧结制备，二是将膨胀石墨与陶瓷粉体进行高能球磨，原位剥离得到石墨烯陶瓷复合粉体，随后在进行烧结制备。两种方法制备的石墨烯陶瓷复合材料均具有较为优异的性能，其主要差别在于石墨烯的制备及与陶瓷粉体混合方式上的不同。然而现有制备方法无法充分发挥石墨烯的本征性能优势，且无法在获得高品质石墨烯的同时，提升其在陶瓷相中的分散均匀性，上述问题是进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能的关键所在，也是现有制备方法不足之所在。

已有研究报道，采用金属镁在干冰或二氧化碳气体中燃烧反应合成高品质石墨烯粉体，可用于超级电容器、锂离子电池、导电浆料、光电子器件、多相催化等领域。该方法具有工艺简单、周期短、低能耗等优势。但为除去反应生成的氧化镁等杂质相，该方法通常需对产物进行反复的酸洗，这即增加了工艺周期和成本，同时也带来了潜在的环境危害问题。此外，对于石墨烯陶瓷复合材料制备而言，反复酸洗、干燥后得到的石墨烯粉体，由于高比表面积易团聚的特性，也不利于与陶瓷粉体的混合分散。因而，如何发挥燃烧合成工艺的技术优势，获得高性能的石墨烯陶瓷复合材料，是一个值得研究人员关注的重要问题。

因此，需要提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，至少解决上述之一的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种石墨烯陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将镁粉和陶瓷粉体混匀得到混合粉，将混合粉在二氧化碳气体中进行燃烧反应得到石墨烯陶瓷复合粉体，将石墨烯陶瓷复合粉体进行成型和烧结得到石墨烯陶瓷复合材料。本发明利用镁与二氧化碳气固反应原位沉积复合的特征，实现了石墨烯与陶瓷粉体在微尺度的均匀混合与分散。

优选地，所述二氧化碳气体的气压值为0.5～5MPa。本发明通过调控二氧化碳气体的气压值可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述二氧化碳气体的气压值可为0.5～4MPa、0.5～3MPa、0.5～2MPa、0.5～1MPa、1～5MPa、1～4MPa、1～3MPa、1～2MPa、2～5MPa、2～4MPa、2～3MPa、3～5MPa、3～4MPa、4～5MPa等。

优选地，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比为1:3～9。本发明通过调控镁粉和陶瓷粉体的比例可进一步优化石墨烯陶瓷复合材料性能。进一步地，在本发明的某些具体实施方式中，例如，所述镁粉和所述陶瓷粉体的质量比可为1:3～8、1:3～7、1:3～6、1:3～5、1:3～4、1:4～9、1:4～8、1:4～7、1:4～6、1:4～5、1:5～9、1:5～8、1:5～7、1:5～6、1:6～9、1:6～8、1:6～7、1:7～9、1:7～8、1:8～9等。