[发明专利]石墨烯金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯金属复合材料的制备方法，包括：S1：在金属材料表面生长出石墨烯；S2:将生长有石墨烯的金属材料升温至其形成烧结或熔融状态，对生长有石墨烯的金属材料施加压力；S3：对生长有石墨烯的金属材料进行降温。相比于已有方法，本发明方法避免了生长和烧结需要更换设备，更换生长位置等带来的作业流程长，能耗高且浪费，制备成本高昂等问题。在不降低复合材料性能的前提下，真正的实现了一步法制备，降低了生产成本，提升了生长效率。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯与传统金属的复合材料及其制备方法，属于合金制备的技术领域。

背景技术

通过石墨烯等新型材料与传统金属材料进行复合，可以让传统金属材料，发挥出优异的性能，包括电学，力学，热力学等方面。目前这些材料已经在技术和市场上，得到了较高的认可和一定的应用。

当前主要的制备方法，一般分为两种。一种是直接将石墨烯粉体，与金属材料在不同固液状态下进行混合，随后制备成所需的状态、形状进行后续使用。不过这种方法存在几个问题：难以保证石墨烯的分散效果，导致金属材料最终的性能不均匀，影响使用效果；金属材料与石墨烯之间难以形成良好的欧姆接触，这种情况下材料性能未必能够有效发挥，甚至反而可能会起负面作用；最后石墨烯在复合过程中容易发生破损，从而使性能效果远低于预期。

为了解决上述问题，直接生长石墨烯的方法被发明出来。通常是在金属表面，通过化学气相沉积法直接原位生长石墨烯，随后将生长好石墨烯的金属材料，在一定条件下进行熔融或烧结在一起，从而解决上述的几个问题。但是生长石墨烯通常使用的是化学气相沉积设备，而烧结和熔融需要在烧结设备或者熔融设备中进行。而这两个设备方法都需要经过高温。这样就存在材料先升温生长石墨烯，再降温取出，放置在烧结设备或熔融设备中，再次升温处理，随后降温取出。工序流程长，耗能高，造成生产周期长，生产成本高，不利于材料的大规模工业化生产和推广应用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种石墨烯金属复合材料的制备方法，包括：

S1：在金属材料表面生长出石墨烯；

S2:将生长有石墨烯的金属材料升温至其形成烧结或熔融状态，对生长有石墨烯的金属材料施加压力；

S3：对生长有石墨烯的金属材料进行降温。

在步骤S2中，将生长有石墨烯的金属材料烧结成型，烧结后原来离散分布的金属与金属之间，形成了一整块，便于后续的使用，升温和施压可以同时进行，也可以先施压后升温，在于达到烧结/熔融温度后，有压力施加在金属材料上，辅助金属材料成型，施压增大金属和金属之间的接触面积，避免最终成型的材料中有孔洞。同时也是为了实现材料的定型。

可选地，所述S1至S3均在同一腔体中完成。本发明将石墨烯生长，和真空热压烧结，在同一个腔体中实现,不改变石墨烯生长的腔体，避免了改变腔体需要降温、破真空、改变位置、抽真空、升温这一些列高耗能，长耗时的工序。

可选地，所述S1中，采用气相沉积法实现在金属材料表面生长出石墨烯。

可选地，采用PECVD法实现在金属材料表面生长出石墨烯。

可选地，先将腔体形成真空状态，加热至生长温度，再将生长气氛经过电离后形成等离子体后运输至金属表面，在生长气氛压强下进行生长。为了解决石墨烯生长质量不完整，金属熔融、粘结的问题，引入了等离子体辅助生长石墨烯，从而实现较低温度生长，避免了金属黏连。