[发明专利]3D打印石墨烯-金属复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种3D打印石墨烯‑金属复合材料、制备方法及应用。制备方法如下：(1)在超声作用下将石墨烯量子点和/或石墨烯微片与纳米金属单质/纳米金属化合物进行混合研磨剪切，制得复合浆体材料或复合粉体材料，超声的频率为10‑100KHz，其中石墨烯量子点和/或石墨烯微片的重量占总重的0.01％‑35％；(2)对制得的复合浆体材料或粉体材料进行干燥。该发明为3D打印提供激光烧结石墨烯金属物质复合材料及其制备方法，得到的复合材料具有高硬度、高强度、耐腐蚀，易被加工使用的优越性能，经3D打印后可利用激光烧结、淬化，促进复合材料颗粒致密化，并细化晶粒，从而改善3D打印产品的机械性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯应用技术领域，特别涉及一种3D打印石墨烯-金属复合材料、制备方法及应用。

背景技术

单层石墨烯片是由一层密集的碳六元环构成的，没有任何结构缺陷，它的厚度为0.35nm左右，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。同时，它也是组成其他碳族材料的基本单元，能够通过翘曲得到零维的富勒烯、卷曲得到一维的碳纳米管和堆叠得到三维的石墨。石墨烯中最基本的重复周期单元是有机化学中最为稳定的苯环结沟，它是当前为止最好的二维纳米材料。现实中制备的石墨烯不仅存在单层的，也有多层的。由于其结构独特，石墨烯的各类性质也非常优异。其是世界上最薄最轻的物质，厚度最薄可达0.34nm，比表面积为2630m2/g，室温下的载流子迁移率约为20万(cm²/vs)，已知强度最高的材料之一，比金刚石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。同时它又拥有很好的韧性，且可以弯曲，理想石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，断裂强度为130GPa。导热系数高达5000W/mK，是目前为止最高的。

目前，国内外研究人员在石墨烯材料的复合，修饰应用方面进行了较多研究，如中国专利申请号：CN201610825355.3公布了一种氧化镍/氧化石墨烯复合材料的制备方法，它为了解决现有制备金属氧化物/石墨烯复合材料中的金属氧化物颗粒大且粒径不均匀以及比电容较低的问题。中国专利申请号：CN201610821003.0，公布了一种羟基氧化铁/氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用。羟基氧化铁/氧化石墨烯复合材料是由氧化石墨烯的悬浊液和羟基氧化铁的悬浊液在按照体积比1:1～2混合、分散后通过水热法复合而成。中国专利申请号：CN201610804294.2，公开了一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法。该方法主要包括将废旧磷酸铁锂电池正极片通过有机溶剂浸泡、超声波处理、球磨、焙烧、淬火、与导电炭黑混合焙烧得到磷酸铁锂材料；然后将天然鳞片石墨和硝酸钠加入到硫酸溶液中，通过高锰酸钾等氧化得到氧化石墨烯；最后将得到的磷酸铁锂材料和氧化石墨烯混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮为分散剂，球磨即得磷酸铁锂/石墨烯复合材料。中国专利申请号：CN201610768001.X，公开了一种二硫化锡/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得二硫化锡在石墨烯表面直接进行原位生长，经过洗涤，干燥获得片状二硫化锡/石墨烯复合材料，该材料应用于锂离子电池负极材料，有效地提高材料的稳定性以及导电性，提升电池性能，具有循环稳定性好，比能量密度高等优点。中国专利申请号：CN201610763257.1，公开了一种三氧化二铁/石墨烯复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得三氧化二铁纳米颗粒均匀负载在三维石墨烯的表面和孔道结构中，经过洗涤，干燥获得三氧化二铁/石墨烯复合材料，该材料应用于锂离子电池，具有高容量、循环寿命长、低成本以及易大规模生产等优异性能。中国专利申请号：CN201610764913.X，公开了一种硫化锰/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得硫化锰在石墨烯表面直接进行原位生长，经过洗涤，干燥获得硫化锰/石墨烯复合材料，本发明通过硫化锰和三维还原氧化石墨烯复合来克服其体积变化导致的稳定性差等缺点，增强其导电性，从而提高锂离子电池的性能，该材料应用于锂离子电池负极材料，有着循环稳定性好，比能量密度高等优点。中国专利申请号：CN201610748848.1，涉及一种具有层次性多孔空心微球状结构的二硫化钼/石墨烯复合材料及其合成方法，属于微纳米复合材料制备与合成的技术领域。该复合材料作为超级电容器电极材料使用时具有大的比电容和优异的循环充放电稳定性，展示出了广阔的应用前景。中国专利申请号：CN201610594377.3，公开了一种负载有纳米银的氟化石墨烯复合材料的制备方法，得到的复合材料具有优良性能。中国专利申请号：一种电化学性能优异的锰钴硫化物/石墨烯复合材料制备工艺，该制备工艺中电化学沉积采用三电极体系，工作电极为三维石墨烯泡沫，对电极为铂片，参比电极为Ag/AgCl标准电极。本工艺操作简便，制备的物质结构稳定，改变参数可以改变物质的形貌，进而提升材料的电化学性能，可用于大面积制备电极材料。