[发明专利]一种石墨烯-铜复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑铜复合材料的制备方法，制备步骤为：(1)石墨烯经过氢氟酸处理；(2)经过氢氧化钠、柠檬酸钠的水溶液处理；(3)分散于蒸馏水后经过钛酸酯偶联剂、水合肼、丙二醇和三氟甲烷磺酸铈处理；(4)化学镀铜获得铜包覆相；(5)将所述铜包覆相和铜粉混合形成混合粉末，将所述混合粉末压制成坯，烧结，获得所述石墨烯‑铜复合材料。本发明制备的石墨烯‑铜复合材料具有优良的力学性能和热导率，相比于传统的铜基复合材料性能显著提高，且制备成本差异不大，应用领域得到扩展。

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，特别涉及一种石墨烯-铜复合材料的制备方法。

背景技术

铜的导电、导热性较好，但其强度低，无法满足工业生产的需求，因此在铜中加入合适的增强体来提高其强度而又不降低其导电导热性，成为拟解决的关键问题。传统的碳纤维增强铜基复合材料虽具有高导电导热及耐磨性，但力学性能较差。而碳纳米管虽然具有比碳纤维更好的增强效果，但其制备比较困难；所以这两种复合材料的应用受到极大的限制。开发新型复合材料，改善铜基复合材料的综合性能，成为亟待解决的问题。近几年的研究表明，在铜基体中加入少量石墨烯，可显著提高复合材料的力学性能和导电性能，因此将石墨烯作为铜基复合材料的理想增强体，是最近几年的研究热点。目前，以石墨烯作为增强体的复合材料的研究主要集中在生物医用材料、储能材料、光电材料以及催化领域，而对石墨烯增强铜基复合材料的研究还相对较少。严重制约石墨烯增强金属基复合材料研发与应用的原因主要是，石墨烯在金属基体中的分散性、基体金属间的润湿性以及界面间的结合性能较差。而这些问题在实际生产中并未得到很好的解决。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯-铜复合材料的制备方法，其制备步骤为：

(1) 将石墨烯分散液和氢氟酸溶液混合，置于超声波环境下搅拌3～5min，然后将混合物置于带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，密封釜体，加热至170±10℃，保温25h以上，然后空冷至常温，打开反应釜，釜内的混合物经微孔膜过滤，固相用二次蒸馏水洗涤，冷冻干燥，获得氢氟酸处理石墨烯；

(2) 配置氢氧化钠、柠檬酸钠的水溶液，将所述氢氟酸处理石墨烯浸泡在所述氢氧化钠、柠檬酸钠的水溶液中，水浴恒温至70～80℃，持续搅拌，保温，保温结束后空冷至常温，经微孔膜过滤，固相用二次蒸馏水洗涤，冷冻干燥，获得二次处理石墨烯；

(3) 将二次处理石墨烯分散在去离子水中形成溶液，调节溶液pH至9～10，搅拌溶液，在搅拌状态下向溶液中加入钛酸酯偶联剂、水合肼和丙二醇，加料完成后继续搅拌2～5h，再将溶液水浴恒温至60±5℃，然后加入三氟甲烷磺酸铈，加料完成后搅拌20min以上，然后立即过滤，固相用二次蒸馏水洗涤，冷冻干燥，获得三次处理固相；

(4) 配置硫酸铜、2,2-联吡啶的水溶液和乙二胺四乙酸二钠和酒石酸钾钠的水溶液，将两溶液混合形成混合液，混合后加入甲醛水溶液、甲醇水溶液和硝酸钠水溶液，获得镀液，将所述镀液水浴恒温至60±5℃，用氢氧化钠溶液调整溶液pH至8～9，再将所述三次处理固相倒入镀液内，搅拌镀液并超声波震荡，实时测量镀液的pH值并保持在8～9的范围内，直到镀液中不再有气泡冒出时，停止搅拌和超声波震荡，镀液空冷至常温，过滤，固相用去离子水洗涤，烘干，获得铜包覆相；

(5) 将所述铜包覆相和铜粉混合形成混合粉末，将所述混合粉末压制成坯，烧结，获得所述石墨烯-铜复合材料。

进一步地，所述石墨烯分散液中石墨烯的浓度为2～3mg/mL，其余为水；所述氢氟酸溶液中HF的质量百分含量为20%～30%，其余为水；石墨烯分散液和氢氟酸溶液混合体积比石墨烯分散液/氢氟酸溶液=40～60:1。

进一步地，所述氢氧化钠、柠檬酸钠的水溶液中，各组分的浓度为：氢氧化钠质量百分含量为8%～18%，柠檬酸钠质量百分含量为2%～5%，其余为水；氢氟酸处理石墨烯浸泡在氢氧化钠、柠檬酸钠的水溶液中的固液质量比为固/液=1:20～26。