[发明专利]一种表面金属化石墨烯及其制备方法

说明书

本发明涉及金属基复合材料增强体技术领域，尤其涉及一种表面金属化石墨烯及其制备方法。将氧化石墨烯分散液及活性剂在电镀液中混合，以钛为阴极、以铜作为阳极板接入直流电进行电镀，使氧化石墨烯在电镀过程中沉积在表面已镀覆有一层铜膜的钛板上，钛板上形成含有铜和氧化石墨烯的复合镀层，将复合镀层收集得到表面金属化石墨烯，该表面金属化石墨烯包括包裹在氧化石墨烯表面的金属膜，金属膜为金属铜膜。本发明无需引入连接介质，大幅缩短工艺流程，降低生产成本，同时，制备原料可循环利用，无废液产生，对环境友好，且改善了石墨烯与金属基体之间的润湿性，解决石墨烯在金属基体中难以均匀分散的问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种表面金属化石墨烯及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料相对于传统基体合金具有高比强度、高比刚度、高比模量，优良的高温力学性能和低热膨胀系数，在航空、航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。按照增强体的不同，金属基复合材料可分为纤维增强金属基复合材料、颗粒增强金属基复合材料和晶须增强金属基复合材料。石墨烯是目前人类已知的强度最高的物质，同时其密度仅为钢的1/5，是金属基复合材料最佳增强体。

石墨烯比表面积大(2600m²/g)，单位质量轻，易产生团聚现象，与金属界面润湿性很差，且石墨烯密度远低于铝、镁等金属密度，在金属熔体中极易产生漂浮，相对于碳纤维、碳化硅等传统金属基复合材料增强体，石墨烯难以均匀分布在金属中，很难与金属基体形成良好的复合。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种表面金属化的石墨烯及其制备方法，通过对石墨烯表面进行金属化，以提高石墨烯作为增强体时的比重、与金属基质的界面湿润性，使石墨烯成为一种性能更优、与金属熔体复合性能更好的增强体材料。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种电镀法制备表面金属化石墨烯的方法，该方法将氧化石墨烯分散液及活性剂在电镀液中混合，以钛为阴极、以铜作为阳极板接入直流电进行电镀，使氧化石墨烯在电镀过程中，沉积在表面已镀覆有一层铜膜的钛板上，使钛板上形成含有铜和氧化石墨烯的复合镀层，将所述复合镀层收集，制得铜包覆石墨烯。

根据本发明，所述氧化石墨烯分散液的制备方法包括以下步骤：

s1：干燥石墨纸作为阳极，铂丝作为阴极，将阴阳极放入98％浓硫酸中，接入1.5-2.5V直流电源，反应15-25min，得到插层石墨；

s2：以插层石墨作为阳极、铂丝作为阴极，40％-60％硫酸为电解质，接入4.5-6.5V直流电源，将插层石墨缓慢放入电解质中，得到石墨氧化物；

s3：石墨氧化物经过过滤、离心洗涤后，再进行超声分散2-3h，得到氧化石墨烯分散液。

根据本发明，所述活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、N-甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、木质磺酸钠、聚乙烯醇及聚丙烯酸中的一种。

根据本发明，在电镀法制备表面金属化石墨烯过程中，包括以下步骤：

步骤S1：以钛、铜分别为阴阳极板，浓度为40-70g/L的硫酸铜溶液为电解质，接入直流电源，电流密度为0.015-0.030A/cm²，保持电解质温度为15-30℃，得到镀覆有铜膜的钛板；