[发明专利]一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法。这种制备方法，包括以下步骤：1)将镁粉和氧化铝粉混合均匀，得到混合粉料；2)将混合粉料置于反应器的石墨磨具中，在二氧化碳气氛下，通电诱发自蔓延燃烧反应，冷却，得到石墨烯复合粉体材料。本发明提出了一种基于镁热燃烧的制备工艺，以镁粉和二氧化碳作为反应物，利用燃烧合成反应制备石墨烯。本发明的石墨烯制备方法绿色、快速、高效，能实现规模化生产，工艺具有操作简单、周期短和成本低的优点。

技术领域

本发明涉及一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法。

背景技术

目前制备石墨烯的方法主要有：机械剥离法、溶剂剥离法、晶体外延生长法、化学气相沉积法及氧化石墨还原(Hummer法)法等。机械剥离法和溶剂剥离法生产的石墨烯片效率很低；晶体外延生长法和化学气相沉积法适合大面积石墨烯薄膜的制备，无法满足复合材料领域对石墨烯规模化和低成本的要求。氧化石墨还原法虽然能够以较低的成本制备出大量的石墨烯，但石墨烯的电子结构以及晶体的完整性均受到强氧化剂的破坏而引入大量的缺陷。如何让低成本高质量规模化的生产制备石墨烯填料，成为锌烯涂料如何走向规模化工程应用的关键环节。

燃烧合成技术(Combustion Synthesis，缩写CS)是前苏联科学家发明的合成高性能材料的新技术。燃烧合成也称为自蔓延高温合成(Self–propagating Synthesis，缩写SHS)，是指对高放热的化学反应体系通过外界提供一定的能力诱发其局部发生化学放热反应(点燃)，形成燃烧反应前沿(燃烧波)，然后利用反应自身放出的热量使燃烧波在反应体中不断地自发向前扩展(自蔓延)。直至反应物全部转变为产物，从而在很短的时间内合成所需的材料。因此，燃烧合成方法是一种典型的低成本制备技术。

目前，有研究发现金属镁在干冰中燃烧能生成高质量石墨烯，为石墨烯的制备提供的新的途径。但该方法存在设备要求高且操作复杂，很难以规模化推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于燃烧合成反应制备石墨烯复合材料的方法，包括以下步骤：

1)将镁粉和氧化铝粉混合均匀，得到混合粉料；

2)将混合粉料置于反应器中，在二氧化碳气氛下，通电诱发自蔓延燃烧反应，冷却，得到石墨烯复合粉体材料。

步骤1)中，混合粉料中，氧化铝粉与镁粉的质量比为(3～8)：1。

步骤1)中，镁粉的粒径为90μm～110μm。

步骤1)中，氧化铝粉的粒径为180nm～220nm。

步骤1)中，混合具体为在球磨罐中混合40min～80min。

步骤2)中，反应器中，二氧化碳气氛的压力为0.4MPa～0.6MPa。

步骤2)中，通电诱发自蔓延燃烧反应具体为通电40A～60A的钨丝线圈诱发混合粉料发生自蔓延燃烧反应。

步骤2)中，自蔓延燃烧反应的温度为5000K～5200K。

步骤2)中，自蔓延燃烧反应的反应时间为30min～45min。

这种方法制备所得的石墨烯复合材料在制备锌烯防腐涂料中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种基于镁热燃烧的制备工艺，以镁粉和二氧化碳作为反应物，利用燃烧合成反应制备石墨烯。本发明的石墨烯制备方法绿色、快速、高效，能实现规模化生产，工艺具有操作简单、周期短和成本低的优点。

具体如下：