[发明专利]一种高耐受性纳米相石墨烯复合陶瓷的制备方法

说明书

本发明涉及一种高耐受性纳米相石墨烯复合陶瓷的制备方法，属于二维材料复合领域。先制备金属混合陶瓷纳米粉体基底，然后利用化学气相沉积的方法在基底表面催化生长纳米相石墨烯，完成纳米相石墨烯的制备；再对所得的纳米相石墨烯复合陶瓷粉体进行快速的放电等离子体烧结，实现纳米相石墨烯复合陶瓷的制备。本发明得到的石墨烯陶瓷材料具有优秀的导电导热性质，以及优秀的化学稳定性。

技术领域

本发明属于二维材料复合领域，涉及一种高耐受性纳米相石墨烯复合陶瓷的制备方法。

背景技术

石墨烯具有很多优良的性质，包括非常高的载流子迁移率、高的透光性，其热学和力学性能也非常优异，被认为是构筑新一代高性能器件的有力竞争者。目前，三维石墨烯以及石墨烯薄膜被开发并且广泛应用于复合材料领域，然而，由于过度暴露的表面，这两类石墨烯结构很容易被物理破坏甚至是化学氧化，从而导致器件性能极大的衰退。这种差的耐久性会极大的限制功能材料的实际应用。这种情况下，为了应对这些常见的外界环境，如高压、高温和摩擦等，设计具有更高耐久性的石墨烯结构体系是非常必要的。

纳米相材料由丰富的内部界面和超细晶粒组成，具有高强度和高应力的特性。在经典的纳米相界面系统中，良好的界面效应被认为是改变其力学性能、化学稳定性和功能化的最关键因素之一，比如界面相互作用和负载传递。因此，构筑这种结构可以有效的解决石墨烯复合材料耐受性差等问题。同时，石墨烯卓越的弹性和刚度也提供了形成该连续纳米结构体系的基础。通过将石墨烯结构微晶化并增加其界面，可以有效的加强材料的界面效应，进而增强所构筑结构的力学性能，如抗压韧性等。与此同时，通过构筑大量内界面结构可以有效的减少暴露在外界的石墨烯结构，进一步保护晶体结构。在表面石墨烯结构被破坏的同时，内部稳定的结构有助于所构筑器件的性能稳定，进而实现对高温、高压等极端环境具有超高耐受性的高性能器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种高耐受性纳米相石墨烯复合陶瓷的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高耐受性纳米相石墨烯复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

1)制备金属混合陶瓷纳米粉体基底；

2)在氢气以及惰性气氛中，通入碳源利用化学气相沉积的方法在步骤1)所得粉体基底表面催化生长纳米相石墨烯，完成纳米相石墨烯的制备；

3)在隔绝空气的高真空条件下，对步骤2)所得的纳米相石墨烯复合陶瓷粉体进行快速的放电等离子体烧结，实现纳米相石墨烯复合陶瓷的制备。

优选地，步骤1)中，制备金属混合陶瓷纳米粉体基底的方法包括方法a和方法b，其中，

所述方法a包括如下步骤：分别通过超声分散制备金属以及陶瓷纳米粒子的悬浮液，再将悬浮液均匀混合后蒸干，得到所述的纳米粉体基底；

所述方法b包括如下步骤：将金属以及陶瓷纳米粒子进行高能球磨，得到所述的纳米粉体基底。

优选地，所述方法a中，陶瓷纳米粒子经过去离子水反复洗涤后干燥，将所述干燥后的陶瓷纳米粒子放入蒸馏水中反复超声冷却再超声，得到陶瓷纳米粒子悬浮液；金属纳米粒子置于乙醇中超声并搅拌，得到金属粒子分散液，快速将陶瓷纳米粒子悬浮液和金属粒子分散液混合，边搅拌边蒸发干燥，得到金属混合陶瓷纳米晶体粉体基底。

优选地，方法a及方法b所述金属及陶瓷纳米粒子的粒径为10nm～500nm，更加优选30nm～200nm。

优选地，方法a中所述超声时间为1～50h，更加优选10h～35h；方法b所述球磨时间为1min～8h，更加优选10min～1h。

优选地，上述方法a和方法b中所选用陶瓷以及金属粒子的质量比例为9：1～5：5，更加优选8：2～7：3。