[发明专利]镍包覆石墨烯复合粉体的电沉积制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯复合粉体的技术领域，尤其涉及一种镍包覆石墨烯复合粉体的电沉积制备方法。镍包覆石墨烯复合粉体包含了金属镍、石墨烯、分散剂和表面活性剂，首先通过表面改性在石墨烯表面形成活性官能团，以改善石墨烯与电解液间的界面相容性，然后利用石墨烯表面官能团的电负性与电解液中带正电的Ni²⁺结合，在电流作用下在阴极共沉积，并实现石墨烯‑金属镍的均匀分布。工艺操作简单，石墨烯‑镍基复合粉体仅需经过一次复合电沉积即可形成，工艺所用试剂消耗很低，仅需定期更换阳极，实现石墨烯被金属镍颗粒均匀包覆。

技术领域

本发明涉及一种通过电沉积法在石墨烯上包覆金属镍的方法，以达到石墨烯与金属镍的紧密结合，实现镍/石墨烯复合粉体的制备，提高镍粉体的导电性、导热性耐磨性等性能，尤其涉及一种镍包覆石墨烯复合粉体的电沉积制备方法。

背景技术

金属镍具有延展性好、抗腐蚀性强和硬度大的优点，且与大多数材料之间具有良好的润湿性。因此镍是一种常见的复合粉体包覆材料。石墨烯是已知强度最高的材料之一。石墨烯的理论杨氏模量高达1.02 TPa，抗拉强度高达130 GPa，少层或单层石墨烯具有很好的韧性。除超高的力学性能外，石墨烯还具有高达5150 W/(m·K) 的热导率和达15000cm2/(V·s) 的载流子迁移率，是目前世上电阻率最小的材料。石墨烯特性可以使其提高金属基石墨烯复合材料的力学性能、导热性能和耐磨性能。镍包石墨烯复合粉体兼具金属镍优良的导磁性、耐磨性和石墨烯的高强度、高导热性、高电子迁移率、自润滑性、耐高温等优异性能，可用做导电硅橡胶填料、微波吸收材料以及电磁屏蔽材料。

沈阳理工大学李淑梅等人 (doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2015.09.003) 采用化学镀的方法制备了镍包覆还原石墨烯复合材料，首先将天然石墨鳞片氧化，以水合肼为还原剂价格制备的氧化石墨烯还原，再经敏化表面功能化→解胶→水洗→还原→水洗→化学镀→水洗→干燥，得到镍包覆石墨烯复合材料，镍镀层含量为12.5~13.5 wt%，复合材料的导电性、磁性、显微硬度和耐蚀性得到提升，镀层结合牢固。

专利公开号为CN104668554A采用气相沉积法，在经助烧结剂处理的金属粉末表面在高温条件下生长石墨烯，最终得到有石墨烯包覆的金属粉体材料。专利公开号CN106623907A先将氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮在酒精中超声分散，然后边搅拌边加入金属粉末获得石墨烯/金属复合浆料，然后经干燥、还原得到石墨烯/金属复合粉末。虽然上述技术中，得到了石墨烯-金属基复合粉体，但依然存在一些不足，如，处理工艺操作较为复杂，成本较高，石墨烯与金属界面间结合力弱、产品生产可控性不足等。

采用粉体电沉积的方法制备镍包石墨烯复合材料，可以避免传统化学镀镀液不稳定，工艺流程复杂，成本高且污染环境的问题，制备出镀层致密均匀有一定厚度的镍包石墨烯复合粉体。

现有方法一方面处理工艺复杂、成本较高，另一方面石墨烯与金属界面结合力弱、石墨烯分布不均匀，产品生产可控性不足。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，达到以下目的：实现金属镍在石墨烯表面的均匀包覆，获得可以稳定生产的镍包覆石墨烯粉末；获得高导电性、高导热性石墨烯/镍复合粉体；提供一种可供选择的工艺简单、经济、可稳定连续生产的石墨烯/金属复合粉体制备工艺。为实现以上目的提供一种镍包覆石墨烯复合粉体的电沉积制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，首先通过表面改性在石墨烯表面形成活性官能团，以改善石墨烯与电解液间的界面相容性，然后利用石墨烯表面官能团的电负性与电解液中带正电的Ni²⁺结合，在电流作用下在阴极共沉积，并实现石墨烯-金属镍的均匀分布。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种镍包覆石墨烯复合粉体的电沉积制备方法，包括步骤如下：

第一步、石墨烯表面功能化：将石墨烯和分散剂按照质量比为10~20:1的比例混合，进行机械研磨以表面功能化、分散，得到表面功能化石墨烯；