[发明专利]一种铜/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜/石墨烯复合材料的制备方法，其所采用的原料包括铜、石墨和锆，铜：石墨：锆的体积百分含量比为62‑70％:30％:0‑8％；制备的方法包括以下步骤：(1)计算：首先设计好样品的规格，按比例称样；(2)称样：利用计算好的数据，在天平上称样；(3)混料：将铜、石墨和锆混合均匀得到混料；(4)冷压压片：利用压片机和金属模具对混料进行压片，得到样品；(5)测致密度：与设计的理论密度比较得出致密度；(6)烧结：将样品送入烧结炉进行烧结，烧结完成后，待其冷却后得到所述铜/石墨烯复合材料。

技术领域

本发明涉及碳材料科学技术领域，具体是一种铜/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。一直以来，石墨烯被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼切斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在试验中首次通过微机械剥离的方法成功得到了石墨烯，并因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

石墨烯目前是世上最薄(0.335nm)却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，吸收率仅为2.3％，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石等碳材料，石墨烯的电子导电性良好，常温下其电子迁移率高于15000cm2/V·s，而电阻率仅为10-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料。自2004年之后，关于石墨烯的研究报道层出不穷，在Science、Nature上的相关报道就有400余篇，其潜在应用领域包括场效应晶体管、柔性透明电极、触摸屏、印刷电子、新型复合材料、传感器、催化剂载体、基因测序、储能装置等。

石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。美国哥伦比亚大学的研究小组经过大量试验，发现石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜(厚度约100纳米)，那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂。同时，石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。

美国伊利诺伊大学香槟分校的一项实验结果表明，石墨烯边缘的晶体取向会对其电性能产生相当重要的影响。研究者在清洁的半导体表面沉积纳米级石墨烯并将其切片，而后利用扫描隧道显微镜在原子级分辨率下探测了石墨烯的电子结构。结果显示，锯齿型边缘(zigzagedge)表现出了强边缘态，而椅型边缘(armchairedge)却没有出现类似情况。尺寸小于10nm、边缘主要是锯齿型的石墨烯片表现出了金属性，而不是先前预期的半导体特性。这项实验的结果表明，若要将石墨烯用于纳米电子器件，必须注重其边缘的工程控制，以获得统一的材料性能。在5nm大小的一片石墨烯片上，只要有一小段边缘是锯齿型的，就会将材料由半导体变为导体。

北京大学工学院先进材料与纳米技术系、北京大学应用物理与技术研究中心孙强教授研究组应用自旋极化的密度泛函理论，研究发现当氢原子吸附在石墨烯的部分碳原子上时，石墨烯的π键被破坏，导致每个没有被氢化的碳原子产生一个未配对的2p电子，它们之间长程交换耦合，形成稳定的铁磁性，其居里温度大约在278～417K。这比目前已知的方法更具有可控性和可操作性，它不但能保持石墨烯骨架结构的完整性和磁性的均匀分布，而且还能避免在组装nano-ribbon的过程中所引起的磁性的粹灭。

据美国能源部阿尔贡国家实验室的先进光子源(APS)和伊利诺斯大学厄本那—香槟分校的弗雷德里克·塞茨材料研究实验室开展合作，研究人员使用非弹性X射线进行的散射实验发现，石墨烯非常有效地屏蔽了库仑力的相互作用，让其中的电子表现得就像半金属中的一个简单的独立电子。他们的研究揭示了几个疑点，包括独立的石墨烯为何不能像预测的那样变成绝缘体。实验还演示了超快动力学研究的一种新途径，为了解材料的最基本属性开辟了新窗口。