[发明专利]一种石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料的制备方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在。

石墨烯自被成功分离，就因其优异的物理特性引起科学界的广泛兴趣。作为世界上导电性最好的材料，石墨烯中的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的传导速度，而电阻率只约6-10 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。由于其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，把石墨烯作为导电材料与各种物质复合，应用到新能源领域如光伏，储能领域如锂离子电池和超级电容器，散热、导电等领域中。由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂。在导电陶瓷开发方面，目前的导电陶瓷多是由复杂的化合物经过复合、掺杂等方法高温退火得到的复合导电陶瓷。但它们的生产原料成本高、制备工艺复杂，复合比例要求严格，其应用受到各方面的限制。因此，如何突破这一瓶颈，开发出低成本、电学性能优异、可大规模生产的导电陶瓷是提高复合导电材料导电性能、降低成本的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料的制备方法，该制备方法工艺简单，过程易控制。

本发明提供了一种石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将阳极氧化铝进行退火处理，以2-6 °C/min的升温速率升温至1000-2500oC，保温0.1-20h，再以10-20 °C/min降温速率冷却至室温；

步骤2，通过化学气相沉积方法，在步骤1处理后的阳极氧化铝上生长石墨烯，得到石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料。

优选地，在退火处理前还包括预处理步骤：将阳极氧化铝在有机溶剂中清洗，干燥。

优选地，所述有机溶剂为丙酮/乙醇的混合溶剂，其中，丙酮的体积百分比为20-90%。

优选地，所述阳极氧化铝的孔径为20-500nm。

优选地，所述退火处理温度为1200℃。

优选地，所述退火处理中，保温时间至少为20-60min。

优选地，步骤2中，所述化学气相沉积方法为：以0.5-20 oC/min的升温速率升温至500-1600oC，恒温至少1-240 min；然后导入保护气体、碳源和还原气体，气体总流量为2-800sccm，反应时间为1-480min；最后以1-50oC/min的降温速率冷却至室温。

优选地，所述化学气相沉积方法中，恒温1-60min。

优选地，所述化学气相沉积方法中，降温速率为10-20 oC/min。

其中，保护气体、碳源和还原气体的流量比例视反应维度和石墨烯的厚度而定。

优选地，所述保护气体流量为0.5-500sccm。

优选地，所述碳源流量为0.5-100sccm。

优选地，所述还原气体流量为1-200sccm。

优选地，所述碳源选自甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷和丙烷等中的至少一种。

优选地，所述保护气体选自氮气、氩气和氦气等中的至少一种。

优选地，所述还原气体为氢气。

本发明还提供了一种根据上述制备方法制备的石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料。

本发明还提供了上述石墨烯-阳极氧化铝复合材料在光伏、导电材料、散热器件和/或定向热传导等中的应用。

本发明还提供了一种石墨烯管的制备方法，包括以下步骤：

（1）提供上述石墨烯-阳极氧化铝复合导电材料，将石墨烯-阳极氧化铝复合材料中，在氧化铝表面沉积的石墨烯中的至少一部分打磨去除；

（2）将打磨后的石墨烯-阳极氧化铝复合材料放入酸性溶液中刻蚀掉氧化铝模板，得到石墨烯管。

优选地，所述酸性溶液可以为H₃PO₄溶液、HF溶液或H₃PO₄和HF混合溶液等。