[发明专利]一种三维结构石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维结构石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，首先是将泡沫铜进行超声清洗，然后进行泡沫铜的过量浸渍镍，然后在泡沫铜基体上制备三维石墨烯，即得到三维结构石墨烯增强铜基复合材料；本发明通过在泡沫铜基体上浸渍镍，在泡沫铜的大孔径内填充一些微细的镍可以增大催化面积，使CVD法生长的石墨烯，使得碳原子在泡沫铜表面迁移和向内部扩散的时候，可以具备较为完善的三维网络结构，提高网络的机械强度，使之更好地增强金属基复合材料的强度。

技术领域

本发明涉及一种三维结构石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体，具有碳原子sp²杂化轨道按照蜂巢晶体排列，只有一个碳原子的厚度，它是碳的许多其他异形体的基本结构元素，如石墨、钻石、碳、碳纳米管和富勒烯；石墨烯独特的二维结构使得它具备了优异的电导率、热导率、电子迁移率、力学强度等性能，自被发现以来，针对石墨烯作为半导体器件、晶体管、高灵敏度传感器以及储能电极材料等新核心材料的研究都有大规模的研究以及较为良好的研究成果；而三维石墨烯作为二维石墨烯的宏观组装体，在继承石墨烯优异性能的同时，特殊的三维多孔网络结构还赋予其更高的比表面积、大的孔隙率、相互连接的导电网络和特殊的微环境；三维石墨烯的构筑将石墨烯本身的性能与多孔材料的减震、吸附、催化、隔热等性能相结合，可以极大的拓宽其在宏观领域的应用前景；

铜作为非常常见的金属材料，有着良好的导热性、导电性、耐蚀性、延展性，其中导电性、导热性仅次于银，广泛地应用于电力和电子工业；但是纯铜的强度低、耐高温性差的缺点，使其应用范围受到了极大地限制，已无法满足目前工业生产的要求。石墨烯作为一种新型增强体已经在金属基复合材料领域取得了一定的研究进展；化学气相沉积法是制备高质量三维石墨烯的主要方法，目前该法一般采用泡沫过渡金属作催化剂和模板，但制备出的三维石墨烯孔径高达数百微米，体积密度较低，直接影响到三维网络的机械强度。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种三维结构石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：

(1)将泡沫铜放入清洗剂中超声清洗30-60min，得到预处理的泡沫铜；

(2)将预处理后的泡沫铜浸泡在浸渍液中过量浸渍，浸渍时间为12-24h，取出经干燥空气干燥，再重复进行浸渍工序2-4次，最后一次干燥后置于600℃-900℃下焙烧4h-6h，得到浸渍泡沫铜；所述浸渍液按重量份计包括：硫酸镍30-65份、乙酸镍40-60份、碳酸镍20-35份和水100-150份；

(3)将浸渍泡沫铜置于管式炉中，通入保护性气体和还原性气体，设定升温曲线，以15-20℃/min的升温速率升温至900～1000℃下进行退火处理，保温时间15-30min；所述的还原性气体流量为100-200sccm，所述的保护性气体流量为200-400sccm；

(4)关闭还原性气体，通入碳源气体，所述碳源气体与保护性气体保持一定流量比，进行三维网络石墨烯的沉积，反应30-60min后生长完毕，关闭碳源气体，在保护性气体气氛下，以5-10℃/min的降温速率降温至200-300℃，之后随炉冷却至室温，即得到三维结构石墨烯增强铜基复合材料。

优选地，所述的清洗剂为乙醇和丙酮的混合溶液，所述乙醇和丙酮体积比为1:1.2-1.5。

优选地，所述浸渍液按重量份计包括：硫酸镍60份、乙酸镍55份、碳酸镍25份和水130份。

优选地，所述的还原性气体为氢气，所述的保护性气体为氮气或氩气，所述的碳源气体为甲烷。

优选地，所述碳源气体和保护性气体的体积比为1∶(10-25)。