[发明专利]一种Al2

说明书

本发明公开了一种Al₂O₃包覆的石墨烯及其制备方法和铝合金中的应用。所述Al₂O₃包覆的石墨烯制备方法如下：(a)将铝盐、六次甲基四胺和活性剂混溶，制得均匀透明的凝胶体；(b)将氧化石墨烯分散液按比例加入到上述制得的凝胶体内，超声搅拌后离心、洗涤，干燥即可。本发明制得的Al₂O₃包覆的石墨烯可用于制备石墨烯增强型铝合金复合材料。本发明通过在石墨烯表面包覆Al₂O₃可有效防止石墨烯团聚，实现石墨烯在铝合金基体中的均匀分散，而且Al₂O₃可改善石墨烯纳米材料与铝合金基体之间的界面性能，避免选择性激光熔化过程中的高能量激光束直接作用在石墨烯上而使石墨烯结构被破坏，最大程度保留了石墨烯的本征性能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种Al₂O₃包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子组成的单原子层结构的材料，凭借其独特的机械、电学、化学及光学等方面的优异性能，受到材料界的极大重视。相比于传统增强体，石墨烯具有最低的密度、最高的导热性能、最优良的力学性能，因此石墨烯自发现起就被认为是一种非常有发展前途的增强体材料。石墨烯的应用为进一步提高包括铝合金在内的传统材料的导热性、机械强度等性能，实现高性能化、轻质化提供了新的解决途径。

当前，石墨烯铝基复合结构材料制备面临3个方面的困难：①石墨烯分散性差，在铝基体中含量较高时，容易出现团聚现象，反而降低了复合材料的性能；②不同于以往零位富勒烯、一维碳纳米管，石墨烯铝基复合材料界面反应难以控制，容易形成Al₄C₃，破坏复合材料的性能；③石墨材料与铝及其合金的润湿性一般较差，不易形成较强的界面结合。

石墨烯因高温化学稳定性高一般不会直接与Al反应生成脆性的Al₄C₃，但若温度控制不当时石墨烯仍会与铝基体产生Al₄C₃，这种脆性化合物的产生会显著影响石墨烯与铝基体的界面结合，进而影响复合材料的性能。一些研究表明，通过在石墨烯表面包覆 SiC、TiC等可以隔绝石墨烯与铝的直接接触，在抑制Al₄C₃生成的同时也可以提高石墨烯与铝基体的润湿性。此外，在选择性激光熔化过程中，高能激光束直接作用在石墨烯表面时，超高的瞬时温度会破坏石墨烯特有的二维结构，从而影响石墨烯的本征性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Al₂O₃包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用，本发明要达到的目的是：(1)避免石墨烯在铝合金基体中发生“团聚”，实现均匀分散；(2)提升石墨烯与铝合金基体的界面结合性能，提高“润湿性”；(3)通过在石墨烯表面包覆纳米层，保护石墨烯的特有结构。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种Al₂O₃包覆的石墨烯，所述Al₂O₃包覆层的厚度为2～5nm。

本发明的第二个方面，在于提供上述所述Al₂O₃包覆的石墨烯的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)按比例将铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S混合均匀，获得混合溶液，然后将所述混合溶液加热至70～85℃，保温30～40min，制得均匀透明的Al₂O₃凝胶体；其中：所述铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S的用量比为(0.005～1)mol：1mol：(0.5～ 1)g；