[发明专利]石墨烯/铝复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别涉及一种石墨烯/铝复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是迄今为止实验室发现的最坚韧、导电和导热最好的材料，其强度高达1.01TPa，是结构钢的100倍，但密度却是结构钢的1/5。由于石墨烯的低密度、高力学性能、高导热性能以及低热膨胀性能，被认为是一种非常有前途的增强体。将石墨烯加入到金属基体中获得一类新型复合材料，此类型复合材料具有人们所需要的特性及功能，因此利用石墨烯增强金属基（尤其是铝基）复合材料的研究受到人们的广泛关注。

自2011年起，各国研究人员就已经开始研究制备石墨烯/铝复合材料。Bartolucci等人利用热压烧结+挤压变形的方法制备了质量分数为0.1%的石墨烯/铝复合材料；Latief等人采用粉末冶金的方法，制备了质量分数最高为5%的石墨烯/Al复合材料；Bastwros等人采用热压烧结法制备了质量分数为1%的石墨烯/铝复合材料。固态法工艺简单，易于实现石墨烯均匀分散性，但难以制备高强度及低膨胀系数的高品质石墨烯/铝复合材料，产业化应用前景并不乐观。液态法则可以实现高品质石墨烯/铝复合材料的制备，并且工艺简单，经济性价比高，易于实现产业化生产及应用。

发明内容

针对上述固态法制备的石墨烯/铝复合材料品质较低、强度不高的问题，本发明提供一种采用液态法制备高品质石墨烯/铝复合材料的方法，所制备的复合材料，具有高强度、低热膨胀系数诸多优点，并易于实现产业化生产及应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石墨烯/铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将氧化石墨烯粉末在醇溶液中均匀分散，经乳化、超声后，制得氧化石墨烯醇溶液，待用；

（2）在搅拌下将铝粉缓慢加入步骤（1）所得的氧化石墨烯醇溶液中，控制温度不高于室温，搅拌速度在100~1000转/分钟，搅拌时长在1~5小时，得到含有铝粉的氧化石墨烯均匀醇溶液；

（3）将步骤（2）得到的醇溶液经过滤、离心工艺进行固液分离，分离后的膏状固体经冷冻干燥工艺处理后，得到氧化石墨烯/铝复合干燥粉末；

（4）将步骤（3）得到的氧化石墨烯/铝复合干燥粉末在Ar/H₂混合气氛下进行热还原，最终制得石墨烯/铝复合材料。

进一步的，步骤（1）中醇溶液选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种。

进一步的，步骤（1）中氧化石墨烯醇溶液中氧化石墨烯的质量浓度为0.1%~5%，氧化石墨烯层数小于9层。

进一步的，步骤（2）中铝粉粒度1~50微米。

进一步的，步骤（2）中氧化石墨烯与铝粉质量份配比为：0.0001~0.4:1。

进一步的，步骤（3）中过滤工艺为通用的正压或负压过滤工艺，离心分离工艺采用各型离心机，达到固液分离目的即可。

进一步的，步骤（3）中冷冻干燥工艺为冻干温度维持在-50℃~30℃，冻干时间10~40h，真空度1Pa~300Pa。

进一步的，步骤（4）中热还原温度控制在350℃~550℃，恒温时间为0.1~2h，气流量为80~1000mL/min。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：

①本发明采用液态法制备石墨烯/铝复合材料，工艺简单、经济性价比高、易于实现产业化生产及应用。

②本发明制备得到的石墨烯/铝复合材料，具有高强度、低热膨胀系数等优点，比刚度和比强度系数也将显著增强。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

实施例1：

步骤一，取氧化石墨烯粉末0.02g，乙醇溶液19.98g，搅拌均匀后，经乳化、超声20min，制备质量分数为0.1%的氧化石墨烯醇溶液；

步骤二，按氧化石墨烯与铝粉质量比为0.001:1计算，取所得的氧化石墨烯醇溶液10g，在100~1000转/分钟转速下搅拌，并缓慢加入铝粉10g，控制温度不高于室温，搅拌3h后，得到含有铝粉的氧化石墨烯均匀醇溶液；

步骤三，将得到的醇溶液经过滤、离心工艺进行固液分离，分离后的膏状固体经冷冻干燥工艺处理后，得到氧化石墨烯/铝复合干燥粉末；