[发明专利]一种石墨烯-金属复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)以原料金属为基底，采用化学气象沉积法沉积石墨烯，获得表面沉积有石墨烯层的金属原料；(2)氧化磨平工艺：将沉积有石墨烯层的金属原料在氧化气氛下加热，使得所述石墨烯层均匀，获得石墨烯‑金属复合原料；(3)将石墨烯‑金属复合原料，堆积或有序堆叠后烧结，制得所述石墨烯‑金属复合材料。本发明由于对沉积在金属表面的石墨烯薄膜进行了氧化磨平工艺处理，除去了气相沉积法沉积石墨烯膜不可避免产生的石墨烯“孤岛”，保留完整的规整石墨烯层，从而提高石墨烯‑金属复合材料的导电性能。

技术领域

本发明属于石墨烯复合材料领域，更具体地，涉及一种石墨烯-金属复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯因其超高的热导率(5000W/m)和优良的力学特性(高达130GPa的抗拉强度以及1.0TPa以上的杨氏模量)等，在复合材料领域是一种非常理想的二维增强相，将石墨烯复合到铝、钛、铜等基材中，预期可以得到轻质高强、兼备导电、导热等功能特性的复合材料。

石墨烯-金属复合材料中，一般采用化学气相沉积法金属表面生长石墨烯，然后采用真空热压工艺制备石墨烯-金属材料块。其导电性能仍有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石墨烯-金属复合材料的制备方法，其目的在于通过氧化磨平工艺，除去在金属表面生长的石墨烯薄膜的“孤岛”，提高沉积的石墨膜的完整性，从而提高制备的石墨烯-金属复合材料导电性能，由此解决现有的石墨烯-金属复合材料导电性能有待提高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石墨烯-金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以原料金属为基底，采用化学气象沉积法沉积石墨烯，获得表面沉积有石墨烯层的金属原料；

(2)氧化磨平工艺：将步骤(1)中获得的沉积有石墨烯层的金属原料在氧化气氛下加热，使得所述石墨烯层均匀，获得石墨烯-金属复合原料；

(3)将步骤(2)中获得的石墨烯-金属复合原料，堆积或有序堆叠后烧结，制得所述石墨烯-金属复合材料。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其所述氧化气氛优选为空气气氛下进行,温度在150至220℃，优选200℃，加热时间为1-20min。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其所述原料金属为金属箔；金属种类优选为铜、镍的单质或合金。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(1)所述采用化学气象沉积法沉积石墨烯，具体为：

将片状金属箔以悬挂于沉积腔中，在铜箔两面上沉积石墨烯；或

将卷装金属箔以连续卷对卷的方式通过沉积腔，在铜箔表面沉积石墨烯。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(1)所述采用化学气象沉积法沉积石墨烯，具体为：

将卷装铜箔以连续卷对卷的方式通过沉积腔，在铜箔表面沉积石墨烯。

步骤(2)将步骤(1)中获得的沉积有石墨烯层的金属原料在氧化气氛下加热，具体为：

停止对卷对卷设备抽真空，与大气环境连通，炉温保持在200℃，生长有石墨烯的铜箔缓慢通过加热区，速度为15-300mm/min。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其步骤(1)沉积石墨烯工序为：抽真空，等离子体抛光铜箔，铜箔退火，生长石墨烯，急速冷却。

优选地，所述石墨烯-金属复合材料的制备方法，其所述等离子体抛光铜箔工序气体氛围为氩气和氢气，所述氩气流量为20-400sccm，所述氢气流量为20-100sccm；