[发明专利]一种金属改性用蜂窝状石墨烯-铜复合颗粒及制备方法

说明书

本发明涉及金属材料增强改性领域，公开了一种金属改性用蜂窝状石墨烯‑铜复合颗粒及制备方法。包括如下制备过程：（1）将硝酸铜、氢氧化铝胶体、石墨烯粉加入水制得分散液；（2）将分散液进行液氮急冷后冷冻干燥，制得含石墨烯的微孔复合物；（3）将微孔复合物粉碎后利用肼蒸气还原，制得复合颗粒；（4）将复合颗粒酸洗，收集，水洗、干燥，制得用于金属材料增强用蜂窝状结构石墨烯‑铜复合颗粒。本发明制得的复合颗粒，有效实现了石墨烯在金属内部均匀分散，不易团聚，可赋予金属材料高强轻质的特点，同时可形成较完善的导热网络，能极大改善材料的导热性，可广泛用于对金属材料力学性能和导热性能具有严格要求的领域。

技术领域

本发明涉及金属材料增强改性领域，公开了一种金属改性用蜂窝状石墨烯-铜复合颗粒及制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，对材料性能的要求不断提高，因此复合材料的发展与应用受到国内外的关注，而“金属基复合材料”又是现代复合材料的一个重要分支。与传统的金属材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度与比刚度，而与高分子基复合材料相比，它又具有优良的导电性而耐热性，与陶瓷材料相比，它又具有较高的韧性和较高的抗冲击性能。这些优良的性能决定了从诞生之日起就成了新材料家庭中的重要一员。

近年来，机械、电子、轨道交通等迅猛发展，对宽温域、高强、高导电（热）材料需求日益强烈。单质金属材料已经很难满足实际需要，材料的复合化已经成为必然趋势，也是研究和开发的热点。目前，对高强度、高导电、高导热金属基复合材料的需求越来越迫切，虽然已有部分金属基复合材料成功实现工业应用，但其综合性能还远远不能满足实际需要。

在金属基复合材料强度的提高在很大程度上是以牺牲其导电和导热性能为代价的，选用新型增强体，制备新型金属基复合材料是解决这一矛盾的有效措施。石墨烯作为一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料，在金属复合材料改性中的应用越来越受到重视。

中国发明专利申请号201611039480.8公开了一种石墨烯增强的铜基复合材料的制备方法，制备方法通过特定的石墨烯制备方法，与纳米铜进行混合，电火花烧结得到石墨烯增强的铜基复合材料。

中国发明专利申请号201611089238.1公开了一种高结构完整高分散性的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法。该方法可实现高结构完整的石墨烯在金属基体中的良好分散。该发明以普通石墨为原料，采用在阴离子表面活性剂和硫酸盐的混合水溶液中电化学剥离，快速获得高结构完整性、悬浮性良好的石墨烯水溶液，然后将其与经过阳离子表面活性剂处理的金属粉末混合，从而使石墨烯均匀的吸附在金属粉末表面，随后利用传统的粉末冶金工艺制备出石墨烯增强金属基复合材料。

根据上述，现有方案中用于金属材料改性的石墨烯，虽然能在一定程度上提升材料机械性能、导电导热性能，但石墨烯具有很高的比表面积，这就使得石墨烯在其他材料中的相容性很差，且易发生团聚而难以分散，导致改性效果差，应用前景不理想。本发明提出了一种金属改性用蜂窝状石墨烯-铜复合颗粒及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的石墨烯用于金属材料增强改性时，存在分散性差，增强效果不佳，牺牲其导热性能等缺陷，制约了石墨烯在金属材料改性中的应用。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种金属改性用蜂窝状石墨烯-铜复合颗粒的制备方法，制备的具体过程为：

（1）将硝酸铜、氢氧化铝胶体、石墨烯粉混合加入去离子水中，超声分散均匀，制得分散液；

（2）将步骤（1）制得的分散液加入冷冻设备中，通入液氮进行急冷，取出后进行冷冻干燥，制得含石墨烯的微孔复合物；