[发明专利]一种利用发孔铝箔制备石墨烯铝基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用发孔铝箔制备石墨烯铝基复合材料的方法，属于无机材料合成技术领域。该方法包括：铝箔发孔、石墨烯附着以及热等静压三个过程，首先将铝合金在硫酸‑盐酸体系中腐蚀发孔，冷冻切片，使其表面带正电荷；将发孔铝箔进行石墨烯附着，将石墨烯纳米片使用乙醇分散并分两份，向一份中加入发孔铝箔，将另一份逐滴加入，真空下搅拌、加热、干燥完成石墨烯附；然后将该复合发孔铝箔进行热等静压烧结，得到石墨烯铝基复合材料。本发明提供的制备方法简单，条件温和，石墨烯纳米片分布均匀且保留原始结构，石墨烯/铝界面结合良好，石墨烯铝基复合材料的性能显著提高，其中热等静压烧结温度为600℃时合成的石墨烯铝基复合材料性能最佳。

技术领域

本发明涉及无机材料合成技术领域，具体为一种利用发孔铝箔制备石墨烯铝基复合材料的方法。

背景技术

复合材料是指有两种或者两种以上不同性质的材料，通过物流或者化学的方法，组成具有新性能的材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两类，金属基体常用的是铝、镁、钛及其合金，非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有石墨烯、玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。其中石墨烯因其高导电性、高导热性、高强度以及高比表面积等优异性能成为复合材料的理想增强材料，其特殊的二维结构及优异的物理化学性能引起了研究人员的极大兴趣，将其添加到聚合物、陶瓷、金属等材料中以提高材料的性能已成为目前的研究热点之一。

铝基复合材料因其高比强度、比刚度，高的耐磨性能等诸多优点而成为最具前途的金属基复合材料，在航空、航天等领域得到广泛应用。据报道，在铝基体中加入石墨烯可以显著提高其强度和硬度，并保持铝基体的高延展性，所得到的石墨烯增强铝基复合材料的热导率也显著提高。燕绍九等人采用湿球磨混粉+热等静压+热挤压的方法制备了石墨烯铝基复合材料，所制备的石墨烯铝基复合材料不仅强度得到了显著提升，延伸率也有小幅度提高。Muhammad Rashad等利用纳米铝粉对石墨烯进行包覆表面改性处理，利用石墨烯和纳米铝之间的静电吸引力及辅助的黏结剂，使纳米铝粉包覆在石墨烯表面，然后再将纳米铝包覆的石墨烯与基体铝合金粉末进行机械混合来制备铝石墨烯复合粉末，所制备的石墨烯铝基复合材料强度、塑性都获得了提高。

但是，目前石墨烯铝基复合材料的制备仍存在很多尚未解决的难：①铝中石墨烯的团聚，石墨烯分散性差，在铝基体中，当石墨烯含量较高时，极容易出现团聚现象，反而降低了复合材料的性能；②界面化合物Al₄C₃的形成，石墨烯增强铝基复合材料的界面反应难以控制，容易形成Al₄C₃脆性化合物，破坏复合材料的力学等性能；③石墨烯与铝基体的润湿，石墨烯与铝基体的润湿性一般较差，不易形成较强的界面结合。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用发孔铝箔制备石墨烯铝基复合材料的方法，方法温和，工艺简单，石墨烯分散性好，复合材料的力学性能有效提升。

本发明提供的一种利用发孔铝箔制备石墨烯铝基复合材料的方法，包括以下步骤：

S1、选取铝合金作为原材料，在硫酸-盐酸腐蚀体系中进行腐蚀发孔，将发孔后的铝箔在液氮中冷冻20～25min，冷冻后切成Ф12的薄片，称取一定质量的薄片加入到十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，搅拌、洗涤、干燥后获得带正电荷的发孔铝箔，搅拌时间为30～70min，干燥温度为35～60℃，干燥时间为50～100min；

S2、称取一定质量的多层石墨烯纳米片并用乙醇进行溶解，超声分散1～1.5h得到石墨烯的乙醇溶液，将石墨烯的乙醇溶液平均分为两份，向其中一份溶液中加入S1中得到的发孔铝箔，同时进行超声分散和转速为100r/min的机械搅拌，然后将另一份石墨烯的乙醇溶液按照2.5～3.5mL/min的速度逐滴加入，滴加完成后放入真空度为500Pa～2000Pa的真空箱内进行电磁搅拌，搅拌时间为24～40h，待浆液的颜色变清澈后停止搅拌，于75～80℃下加热，然后真空干燥得到石墨烯附着的复合发孔铝箔；