[发明专利]薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明特别涉及一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料、其制备方法及应用，属于材料科学领域。

背景技术

金属粉体如Fe、Ni、Cu及Ag等，具有优异的导电、导热性能，在抗静电，电磁屏蔽，导电浆料，导热剂，催化剂等方面有着广泛的用途，然而金属粉体存在成本高，化学性质活泼，容易被氧化或腐蚀，因此使用寿命受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料，其具有良好的导热、抗静电、电磁屏蔽、抗氧化和防腐蚀性能，使用寿命长，从而克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一种制备前述薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料的方法。

本发明的又一目的在于提供前述薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料，包括薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体。

进一步的，所述金属粉体包括过渡金属粉体。

所述薄层石墨烯包括层数为1-100层的石墨烯。

一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料的制备方法，包括：

取过渡金属粉体作为催化剂与薄层石墨烯混合，获得薄层石墨烯搭桥的金属粉体复合体系；

或者，取过渡金属粉体作为催化剂，并通过化学气相沉积在催化剂表面生长薄层石墨烯，而后再与薄层石墨烯复合，获得目标产物；

或者，取过渡金属盐和/或其水合物与过渡金属氧化物和/或其水合物中的任意一种以上与薄层石墨烯混合，再经过溶液或高温还原，制得薄层石墨烯搭桥的金属粉体复合体系。

作为较佳的实施方案之一，该方法还可包括：

通过化学气相沉积在薄层石墨烯搭桥的金属粉体复合体系内的金属粉体表面生长薄层石墨烯，获得目标产物。

作为较佳的实施方案之一，所述催化剂的制备方法可包括：取过渡金属盐和/或其水合物与过渡金属氧化物和/或其水合物中的任意一种以上作为原料，并经过溶液或高温还原后，获得所述催化剂，且所述催化剂的粒径为10nm-100μm。

所述薄层石墨烯的层数为1-100层，径向尺寸为10nm-1mm，所述搭桥的薄层石墨烯可包括但不限于还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、插层膨胀石墨烯、带孔石墨烯或液相解离的石墨烯，其中，所述插层膨胀石墨烯的膨胀工艺可包括但不限于微波膨胀、高温膨胀、电化学膨胀或化学反应膨胀。

所述溶液还原是在包含分散剂和还原剂的反应体系中进行或在包含分散剂的反应体系中利用电化学还原方式实现，其中，

所述分散剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基溴化铵、丙二醇，Triton X-100、十六烷基胺，三辛基磷氧或油酸，

所述还原剂包括乙二醇、硼氢化钠、硼氢化钠、水合肼或抗坏血酸；

所述高温还原的工艺条件包括：反应气氛主要由氩气和氢气形成，反应温度为100-1000℃。

优选的，所述反应气氛中氩气和氢气比例为0-500sccm：10-1000sccm。

作为较佳的实施方案之一，所述化学气相沉积的工艺条件包括：采用的碳源包括固相、液相或气相碳源，生长温度为400-1200℃，生长时间为30s-2h，生长压力为1torr-800torr，生长包覆的薄层石墨烯的层数为1-100层，其中，

所述固相碳源包括聚合物、糖或无定形碳，所述聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯、聚乙二醇或聚二甲基硅氧烷，所述糖包括葡萄糖，蔗糖，果糖或纤维素，

所述液相碳源包括小分子醇或芳香烃，所述小分子醇包括甲醇、乙醇或丙醇，

所述气相碳源包括甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丙烷、一氧化碳或二氧化碳。

如上所述薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料或如上方法制备的薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料在制备导电、导热、抗静电、电磁屏蔽材料、储能材料、催化剂或合金材料中的应用。

一种复合材料，包括：

上述薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料或上述方法制备的薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料，以及

聚合物，包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、橡胶树脂、聚乙二醇、聚碳酸酯、聚酰亚胺或尼龙的一种以上。