[发明专利]一种石墨烯铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，属于纳米材料领域。一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0‑30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；其中，所述的金属颗粒为铝粉或铝合金粉。本发明所述的一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，提供了一种环境友好、可连续化大生产方案，其中控制混合温度及干燥速度与干燥温度，可控制金属粉末的氧化程度，使制备的复合材料为低氧含量，制备成本降至最低，可进一步增强金属基体导电性能，同时，该制备工艺可用于工业化大生产。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种石墨烯铝基复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度在一个纳米以下，石墨烯是迄今为止已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，杨氏模量高达1.01TPa，抗拉强度高达130GPa，是结构钢的100多倍，导热系数高达5300W/m·K，远高于铜，也高于碳纳米管和金刚石。因石墨烯具有最低的密度、最高的力学性能、最高的导热性能以及最低的热膨胀性能，石墨烯自诞生起就被认为是一种非常有前途的增强体。

铝基复合材料具有高比强度、高比刚度等优点，并且易于制备和加工，因此它的发展在整个金属基复合材料领域都尤为突出。目前采用石墨烯来改善树脂和陶瓷性能的研究最为广泛，但利用石墨烯铝基复合材料的产业化应用相对较少。主要原因为石墨烯铝基复合材料工业化大生产还存在两大技术瓶颈：一是石墨烯在铝基体中均匀分散的问题；二是现有实验室工艺条件苛刻、复杂，工业化大生产较难实现。

有现有技术CN104862508B可知，通过石墨烯粉末分散在酒精液体中，将铝合金粉末添加到石墨烯溶液中，装入球磨罐内进行机械球磨，球磨一定时间后将混合液装入烧杯置于烘箱中烘干，得到石墨烯/铝合金复合粉末。但是存在以下问题：首先，石墨烯作为粉末分散在酒精液中，石墨烯本身在干燥成粉末过程中会发生团聚或搭接，三层以内的石墨烯粉末较难制备；其次，酒精作为易燃易爆品，在生产的火灾危险性定义为甲类二项，对大规模生产推广受限；再次，石墨烯乙醇溶液与铝合金粉末采用机械球磨的方式混合，对钢球的材质要求较高，引入杂质较多，并且混合的效果较差；最后混合后的酒精液置于烘箱中，安全危险性增大，酒精挥发过程中蒸发的乙醇对环境有一定的影响。

有现有技术CN105215353B可知，将金属颗粒加入氧化石墨烯水溶液中，金属颗粒与氧化石墨烯混匀并发生原位还原反应，得到均匀分散的金属颗粒/石墨烯混合物；对此混合物进行真空抽滤，干燥得到还原氧化石墨烯包覆金属颗粒的金属/石墨烯复合材料粉体。但是该技术存在以下问题：针对此方法涉及到铝金属颗粒与石墨烯偏酸性溶液长时间室温混合条件下，铝金属颗粒会发生大量的氧化反应，制备出的金属铝/石墨烯复合材料粉体含氧量较高，对材料本身导电性未能起到增强作用；此外，此方案采用的金属颗粒/石墨烯混合液抽真空过滤干燥方法，工业化大生产并不能有效推广，并且在抽真空过滤干燥中，石墨烯膜与金属球体未能包覆的部分易发生团聚，石墨烯增强金属基体未能发挥高效的作用。

有鉴于此，本发明提出一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，该方法制备出了低氧含量的石墨烯铝基复合材料，提升材料的导电性能，并且解决连续化工业大生产效率低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，该制备方法使石墨烯在铝基体中均匀分散，通过氧化石墨烯水溶液与铝粉在低温下混合，利用喷雾干燥技术快速瞬间干燥，制备出低氧含量的石墨烯铝基复合材料，提升材料的导电性能，进一步解决连续化工业大生产效率低等问题。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种石墨烯铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯水溶液与金属颗粒在0-30℃下搅拌混合后，通过离心喷雾干燥塔进行快速喷雾干燥，得所述的石墨烯铝基复合材料；