[发明专利]一种新型石墨烯-金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明提出了一种新型石墨烯‑金属基复合材料的制备方法，包括：(1)以天然鳞片石墨为原料，将其氧化为氧化石墨，离心水洗至pH为中性得到下层氧化石墨浆料；将下层氧化石墨浆料重新分散到去离子水中，离心取上层氧化石墨烯溶液，(2)先用液氮进行冷冻，然后干燥得到氧化石墨烯粉末；在强还原剂水合肼中还原，去离子水和乙醇进行反复洗涤，真空干燥得到石墨烯粉末；(3)将石墨烯粉末分散到无水乙醇中，超声得石墨烯分散液，再将金属基粉体加入到石墨烯分散液中，球磨，真空干燥，然后通过热等静压和热挤压制备石墨烯‑金属基复合材料。本发明以石墨烯为金属基复合材料的增强剂，提高其硬度、导电性及导热性以及降低密度。

技术领域

本发明涉及改性金属基复合材料技术领域，特别是指一种新型石墨烯-金属基复合材料的制备方法。

背景技术

我国在上世纪九十年代就开始开展了改性金属基复合材料的研究。经过多年的不断努力，目前，金属基复合材料已经在军事、民用等领域实现了产业化。但是，金属基复合材料在使用过程中，存在许多问题，比如硬度不够、质量重、导电性及导热性差等。

石墨烯是具有单层碳原子的二维蜂窝状纳米材料，具有优异的物理及化学性能，比如超大的比表面积、超高的载流子迁移率、优异的导电性和导热性、超高的机械性能等特点，已在许多领域得到广泛的研究及应用。

石墨烯可以作为最理想的金属基复合材料的增强剂，其具有以下优势：①石墨烯具有超大的比表面积，可以将金属基粉体均匀的分散在石墨烯表面；②石墨烯具有优异的导热性及导电性，可以提到金属基复合材料的导热性及导电性能；③石墨烯是目前世界上发现的最硬的材料，可以有效的改善金属基复合材料的强度；④石墨烯是目前世界上发现的最轻的材料，可以降低金属基复合材料的密度，减轻质量。

发明内容

本发明提出一种新型石墨烯-金属基复合材料的制备方法，该方法制备简单，价格低廉，适于规模化生产。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述方法制备的新型石墨烯-金属基复合材料。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种新型石墨烯-金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用天然鳞片石墨为原料，通过氧化石墨还原法先将天然鳞片石墨氧化为氧化石墨，离心水洗至pH为中性得到下层氧化石墨浆料，通过自制的管式超声机将下层氧化石墨浆料重新分散到去离子水中，离心取上层氧化石墨烯溶液；

(2)先用液氮进行冷冻，然后放入冷冻干燥机中干燥得到氧化石墨烯粉末，在强还原剂水合肼中还原，去离子水和乙醇进行反复洗涤，真空干燥得到干燥的石墨烯粉末；

(3)将石墨烯粉末分散到无水乙醇中，在超声波细胞粉碎机下超声得到石墨烯分散液，再按照一定质量比将金属基粉体加入到石墨烯分散液中，球磨，真空干燥得到干燥的粉末，然后通过热等静压和热挤压得到石墨烯-金属基复合材料。

优选的，步骤(1)中所采用的天然鳞片石墨的目数为325目～1000目。

优选的，步骤(1)中氧化过程分为低温氧化、中温氧化、高温氧化三个过程，低温氧化温度为-10℃，时间为1～3h；中温氧化温度为35℃，时间为3～5h；高温氧化温度为75℃，时间为3～5h。

优选的，步骤(1)中离心过程中的转速为3000～9000rmp，离心时间为5～10min。

优选的，步骤(1)中所述自制的管式超声机是用长250cm，直径30cm的圆柱形器皿中加入10～15个超声源，超声功率为300～500W，超声时间为5～10min。

优选的，步骤(3)中石墨烯粉末在无水乙醇的浓度为0.1～1mg/ml，超声波细胞粉碎机的超声功率为400～1000W，超声时间为1～2h。