[发明专利]一种零排放无污染石墨烯化学镀铜方法

说明书

本发明涉及一种零排放无污染石墨烯化学镀铜方法，通过发生化学反应Cu²⁺+HCHO+3OH^‑→Cu↓+HCOO^‑+2H₂O，实现石墨烯快捷高效化学镀铜。石墨烯表面化学镀铜后石墨烯团聚大大降低，镀铜层均匀致密、与基体结合牢固，有效改善了石墨烯与铜基体界面润湿性，增强了石墨烯增强相与铜基体界面结合，极大提高了石墨烯增强铜基复合材料的性能。且该石墨烯镀铜方法镀液可循环利用，无废物、污染物排放，生态环保。

技术领域

本发明涉及镀铜工艺领域，特别涉及一种零排放无污染石墨烯化学镀铜方法。

背景技术

近年来，随着工业化进程的持续推进，机械、电子、轨道交通等行业对材料性能的要求越来越高。单质材料已经很难满足实际需求，而由两种或两种以上不同性能的材料通过物理或化学方法结合的复合材料能互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能得到显著提高，满足各行业对材料性能的需求。

金属铜具有优异的导热、导电性能，被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑、国防等工业领域，且成形性能良好，是制备复合材料的重要基体材料，铜基复合材料已成为金属基复合材料领域的重要品种和研究热点之一。

石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层晶体，集多种优异性能于一体：最薄，0.35nm，被称为现今世界最薄的材料；比表面积最大，2620m²/g；最硬，杨氏模量和力学性能分别为1.02TPa和130GPa，是人类已知强度最高的物质，比钢铁硬200倍；最抗拉，可弹性拉伸20％；热导率最高，5300W/m.k，是各种复合材料的理想增强体。因此，利用石墨烯和金属铜的优良性能相结合有望开发出主导未来高科技竞争的石墨烯增强铜基复合材料。

为了使复合材料具有良好的性能，需要在增强体与基体界面上建立一定的结合力。然而，石墨烯在金属铜中溶解度低，石墨烯和金属铜相邻界面间既无扩散也无反应，金属铜对石墨烯的润湿性差，且石墨烯的长径比达100～1000，具有很高的表面自由能，极易发生团聚，难以在复合材料基体中均匀分散，这些因素严重制约了石墨烯增强铜基复合材料发展。

因此，如何有效解决石墨烯在金属铜中分散以及石墨烯与铜基体界面结合困难的问题，是石墨烯增强铜基复合材料快速发展和升级换代亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种零排放无污染石墨烯化学镀铜方法，该化学镀铜方法操作简单、快捷高效、镀层均匀致密，适合大规模连续生产，化学条件反应温和、镀液可重复利用无污染，镀铜后的石墨烯在金属铜中分散性好，有效改善了石墨烯与铜基体界面的结合性能，能极大推动石墨烯增强铜基复合材料的快速发展和升级换代。

本发明的技术方案是：一种零排放无污染石墨烯化学镀铜方法，具有以下步骤：

1)配置硫酸铜溶液；

2)在步骤1)配置的硫酸铜溶液中缓慢加入酒石酸钾钠溶液，酒石酸钾钠与硫酸铜摩尔比为1.4-5:1，搅拌得到凝胶状混合物；

3)向步骤2)得到的凝胶状混合物中加入强碱溶液调节pH值至12-12.5，搅拌得到混合溶液；

4)取石墨烯粉体清洗、分散后，加入蒸馏水中配置石墨烯悬浊液；

5)在步骤4)配置的石墨烯悬浊液中加入部分步骤3)得到的混合溶液，得到引发液；

6)在步骤5)得到的引发液中加入甲醛溶液，甲醛：硫酸铜摩尔比为2-2.5:1，搅拌得到还原液；

7)在步骤6)得到的还原液中加入铜粉作为催化剂，搅拌得到反应液；

8)在步骤7)得到的反应液中加入强碱溶液调节pH值至12-12.5，发生以下反应：