[发明专利]一种制备石墨烯/金属复合粉体的方法

说明书

本申请公开了一种制备石墨烯/金属复合粉体的方法，属于金属基复合材料领域。所述方法包括：将通过热丝裂解得到的含碳自由基与金属粉体在流化床中加热反应，降温，在流化的金属粉体上生长石墨烯。本申请所述的方法采用热丝‑流化床化学气相沉积技术，使得高活性含碳自由基与流化态金属粉体充分接触，在相对低温下生长石墨烯，不仅形成良好的气固接触，而且避免金属粉体粘结，有利于改善石墨烯包覆层的覆盖率及均匀性。此外该方法无需使用分散剂，有利于改善质量和纯度。通过本申请所述方法制备的石墨烯/金属复合粉体的石墨烯覆盖率高且分布均匀，杂质含量低，整体性能均一稳定，并且可以得到单层石墨烯。

技术领域

本申请涉及一种制备石墨烯/金属复合粉体的方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，且最薄能达到单原子厚度，具有许多前所未见的性质，例如超高的室温电子迁移率(15000cm²/V·s，硅理论值的10倍以上)、高的热导率(理论值：4800～5300W/(m·K))、高的热稳定性、高的杨氏模量(理论值：1.0Tpa)、对分子(空气、氩气、氦气等)和离子(Cl^-1、Mg²⁺等)良好的阻隔性以及较低的电子逸出功，因此其在复合材料中的应用越来越受到重视。与石墨烯相关的化学气相沉积法(CVD)是利用高温下气态碳源在过渡金属(铜、镍、铁、钴、金等)和合金(钴-镍、金-镍、铜-镍、镍-钼等)衬底上催化裂解，自组装形成石墨烯薄膜。CVD法已成为生长制备大面积、高质量石墨烯的主要工艺，以铜和镍为衬底的生长最具有代表性。

但是用热CVD法在金属粉体表面生长高质量的石墨烯，由于温度过高(约1000℃)，生长过程中铜粉粘结而形成多孔铜材料，导致导热性能显著降低。在现有的CVD技术中，等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)是采用高活性等离子体作为碳源的石墨烯生长技术，可实现低温下生长石墨烯，在一定程度上减少铜粉或镍粉的粘连。但PECVD技术的弊端有二：其一是和热CVD法一样，铜粉颗粒或镍粉颗粒在生长过程中堆积在一起，难以形成良好的气固接触，使得该方法不能在铜粉或镍粉表面实现石墨烯的均一生长；其二是等离子体对生长的石墨烯有严重的刻蚀作用，导致石墨烯质量较差。天津大学的专利申请“一种用浸渍法在铜粉表面负载固体碳源制备石墨烯/铜复合材料的方法”(CN 105081312 A)用片状铜粉表面浸渍负载固体碳源PMMA，在铜片表面原位生长石墨烯来制备石墨烯/铜粉复合材料，然而这一方法需要使用对环境不友好的有机溶剂。天津大学的专利申请“在铜粉表面原位催化固体碳源制备石墨烯/铜复合材料的方法”(CN 104874803 A)通过球磨制备分散均匀的铜-聚甲基丙烯酸甲酯粉末，然后在管式炉中将聚甲基丙烯酸甲酯催化还原成石墨烯制备石墨烯/铜复合粉末，然而该方法中生长的石墨烯具有缺陷。因此，研发在粉体表面原位生长高质量石墨烯技术具有重要意义。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种制备石墨烯/金属复合粉体的方法，该方法采用热丝-流化床化学气相沉积(HF-FBCVD)技术，使得高活性的含碳自由基与流化态的金属粉体充分接触，在相对低温下生长石墨烯，不仅能够形成良好的气固接触，而且可避免金属粉体粘结，从而有利于改善石墨烯包覆层的覆盖率和覆盖均匀性。此外，该方法无需使用分散剂即可实现石墨烯的高度均匀分散，从而有利于改善石墨烯/金属复合粉体的质量和纯度。

所述制备石墨烯/金属复合粉体的方法，其特征在于，包括：

将通过热丝裂解得到的含碳自由基与金属粉体在流化床中加热反应，降温，在流化的金属粉体上生长石墨烯。

可选地，所述方法包括：在金属粉体表面原位生长石墨烯。

可选地，所述方法采用热丝-流化床化学气相沉积技术进行。

可选地，所述石墨烯/金属复合粉体为石墨烯包覆金属粉体。

可选地，所述金属粉体通过在流化床中通入流化气进行流化。