[发明专利]一种原位制备高含量石墨烯纳米片/铜复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种原位制备高含量石墨烯纳米片/铜复合材料的方法，包括：(1)制备蔗糖/铜粉末；(2)制备石墨烯纳米片/铜复合粉末：将上述混合粉末装入方舟加入石英管式炉中，在700‑900℃，以H₂为还原气、Ar为保护气氛条件下进行煅烧还原，煅烧时间为5‑15min，使蔗糖催化生成石墨烯纳米片，再经研磨后得到石墨烯纳米片/铜复合粉末；(3)制备铜包覆复合粉末的层状结构。按照步骤(1)‑(3)的方法连续包覆三次或以上，得到高含量石墨烯纳米片/铜复合粉末。

技术领域

本发明涉及一种利用原位生长、浸渍还原并结合粉末冶金技术合成高含量石墨烯纳米片/铜复合材料的方法，属于金属基复合材料制备技术领域。

背景技术

铜及其合金具有优良的导电、导热性，抗腐蚀性能和加工性能优异等特点，使得其在电子、电力等工业部门有十分重要的地位，但因其具有强度较低，耐磨性差，高温下易软化变形，热膨胀系数较大等缺点，使其应用领域受到了很大的限制。石墨烯是当今一种理想的纳米增强增韧材料，其褶皱的表面有助于提高其与基体界面间的结合力和接触面积，而其独特的二维结构则可有效阻碍位错的迁移和显著减少复合材料细小裂纹的扩展并消化掉这种(破坏性)能量，此外，石墨烯还具有高的强度、杨氏模量、良好的导电性和热导率、阻尼容量和较低的热膨胀系数等一系列优秀的性能。将铜与石墨烯进行复合制备出铜基复合材料，有望在保持铜原有优异性能的基础上改善其强度，以满足其在电子领域的应用需求。

迄今为止，已有许多关于石墨烯增强铜基复合材料的研究，但大多都集中于利用低含量的石墨烯来改善铜基复合材料的强度，加入高含量石墨烯往往会降低强度。同时，也有少部分研究探讨高含量的石墨烯及其衍生物的加入对于铜导热性能的提升作用，但未说明石墨烯的加入对复合材料强度的影响。综上，加入较多的石墨烯不可避免的会面临着团聚的问题，从而使铜原有的强度受到很大的影响。因此，目前急需改善高含量石墨烯/铜基复合材料的强度问题，以提高铜基复合材料的综合性能，扩展铜基复合材料的应用领域。

目前，已有研究人员利用固体碳源化学气相沉积的方式在铜粉表面合成出石墨烯。本发明利用反复固体碳源化学气相沉积并结合浸渍还原硝酸铜的工艺制备出铜/石墨烯纳米片复合粉末，以此来解决高含量石墨烯易团聚的问题，并通过后续热压、热轧工艺使其致密化，制备出具有较高强度的高含量石墨烯纳米片/铜基复合材料。

发明内容

本发明拟解决高含量石墨烯/铜基复合材料强度不佳的问题，提供一种可行的制备高含量石墨烯/铜复合材料的方法。该方法能有效改善高含量石墨烯团聚的问题，使其在复合材料中实现较为均匀的分散，并结合后续轧制工艺进一步致密化，制得具有较高强度的高含量石墨烯/铜复合材料。为达到上述目标，本发明通过以下技术方案加以实现，

一种原位制备高含量石墨烯纳米片/铜复合材料的方法，其特征包括以下过程：

(1)制备蔗糖/铜粉末

将铜粉与蔗糖按24：(0.32-0.64)的质量配比在酒精溶液里进行混合,并在水浴锅中进行搅拌蒸干，之后再烘干、研磨成较细的混合粉末；

(2)制备石墨烯纳米片/铜复合粉末

将上述混合粉末装入方舟加入石英管式炉中，在700-900℃，以H₂为还原气、Ar为保护气氛条件下进行煅烧还原，煅烧时间为5-15min，使蔗糖催化生成石墨烯纳米片，再经研磨后得到石墨烯纳米片/铜复合粉末；

(3)制备铜包覆复合粉末的层状结构