[发明专利]石墨烯增强铜复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯的技术领域，尤其涉及一种石墨烯增强铜复合材料的制备方法。一种通过化学气相沉积法在金属铜粉末表面均匀生长石墨烯的方法，以达成铜表面紧密附生均匀的寡层石墨烯纳米片，提升铜的力学性能且不降低导电性能的目的，通过给雾化铜粉颗粒包覆寡层石墨烯来增加合金的力学强度，与此同时还能保证该复合材料的高导电性；通过CVD法在雾化铜粉末表面直接生长石墨烯，可避免机械复合法带来到的破坏原材料结构的弊端，有效且均匀的包覆在铜粒子表面；可生成高品质、与金属结合紧密的寡层石墨烯，且操作简便，易于放大产业化。

技术领域

本发明涉及一种，尤其涉及一种石墨烯增强铜复合材料的制备方法。

背景技术

铜作为一种基础金属，是全球使用最广泛、最重要的金属之一。铜金属具有优良的延展性、导热性、导电性和较强的耐腐蚀、抗有机酸及碱的特性，且其导电性与导热性均仅次于银，位列所有金属第二位，由于属性优良，以及可加工性能，铜被广泛应用于电力、建筑、家电、交通运输等行业。据统计，2018年全球精炼铜产量达到2416万吨。中国更是其最大的精炼铜生产国，可达到741万吨每年，如此大的生产量使铜的应用以及各方面优化都成为热门的研究。

纯铜自身存在力学性能偏低，尤其是耐磨性能较差的缺点，严重限制了铜材料的应用范围。为提高铜基材料的综合性能，目前采用的方法主要包括微量金属元素的合金化和刚性材料混杂增强技术。近年来，在铜粉中添加微量其它金属粉末和外加剂，采用热压烧结法制备颗粒增强铜基合金材料成为比较热门的方法之一，但如何更进一步的提高铜基合金材料的力学性能还处于研究阶段。石墨烯是已知强度最高的材料之一。石墨烯的理论杨氏模量高达1.02 TPa，抗拉强度高达130 GPa，少层或单层石墨烯具有很好的韧性。除超高的力学性能外，石墨烯还具有高达5150 W/(m·K) 的热导率和达15000 cm2/(V·s) 的载流子迁移率，是目前世上电阻率最小的材料(Measurement of the elastic propertiesand intrinsic strength of monolayer grapheme．Science, 2008，321(5887): 385-388)。石墨烯特性可以使其提高铜基石墨烯复合材料的力学性能、导热性能和耐磨性能。

东华大学的周千广、彭倚天等人公开了铜/石墨烯复合材料的制备及性能研究（铜/石墨烯复合材料的制备及性能研究. 热加工工艺，2019，48(4): 108-116.）通过对石墨进行预氧化或深度氧化处理，获得的氧化石墨用去离子水进行稀释，然后超声2 h。氧化石墨烯进行敏化和活化处理，处理后洗至中性。活化的氧化石墨烯加入到化学镀铜溶液中超声还原，得到铜/石墨烯纳米复合材料。但该方法存在明显不足：氧化石墨烯的合成工艺较复杂且反应条件较苛刻，产生大量的废酸等废液，造成安全或环保问题。

东莞市莞信企业管理咨询有限公司的刘丽蓉公布了一种铜/石墨烯复合多层散热膜（专利号：CN105624747A），该专利是使用在金属基体上依次镀上石墨烯薄膜与铜，然后融去金属基体得到自撑的石墨烯铜复合材料。该方法存在一些明显的不足：石墨烯薄膜不能均匀的包覆在铜粒子表面，使得石墨烯薄膜强大的力学性能不能充分的发挥出来。

上海和伍新材料科技有限公司的陈乐生等人公开了一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法（专利号：CN104711443A），通过将湿法高速球磨的方式将石墨烯薄片从石墨中剥离出来并且得到石墨烯/铜的混合粉，然后使用冶金，热挤压，轧制等技术得到石墨烯铜的复合材料。但该方法存在一些明显的不足：球磨的过程容易使石墨烯结构的完整性遭到破坏，从而削弱石墨烯的强化作用，且石墨烯的分散效果并不明显。

聊城大学的贾正锋等人公布了一种制备铜/石墨烯复合材料的方法（专利号：CN105714141A），该方法是将石墨烯纳米粉加入到铜粉当中经真空球磨进行球磨，然后将球磨过后的粉体经过真空热压烧结得到石墨烯铜复合材料。但该方法存在一些明显的不足：长时间的球磨会产生大量的能耗，而磨损的钢球会造成对石墨烯的金属离子污染，进而影响铜合金。