[发明专利]碳量子点包覆碳质材料的制备方法、复合材料及应用

说明书

本申请涉及碳量子点包覆碳质材料的制备方法及复合材料，通过将碳量子点前驱体和碳质材料分散液混合，然后采用喷雾干燥方法干燥处理，使碳量子点前驱体均匀吸附在碳质材料表面，最后通过热处理，使碳量子点前驱体发生反应，直接在碳质材料上生成碳量子点，得到碳量子点包覆碳质材料。该方法简单可靠，重复率好，生产率高，制备得到的碳量子点包覆碳质材料与陶瓷基、金属基等基体材料润湿性好，界面结合牢固，可作为复合材料的增强体，也可以作为功能材料使用。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及碳量子点包覆碳质材料的制备方法、复合材料及应用。

背景技术

碳量子点，也称为碳点或碳纳米点，是一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料，它由超细的、分散的、准球形、尺寸低于20nm的碳纳米颗粒组成。碳量子点具有优秀的光学性能，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点。

有研究表明，碳量子点作为增强体可以提高基体的力学性能和电学、热学等功能特性，这与其优异的表面特性，包括表面海量的官能团和高活性碳原子有关。例如，黄啸等人发现添加0.2％质量分数的石墨烯量子点，CuTi基体的抗拉强度可以提升30％以上。赵文敏等人发现，在纯铜粉末基体中添加0.85％体积分数的碳量子点可以使基体的抗拉强度和延伸率同时提高，并且还可保持较高的热导率和电导率。

石墨烯和碳纳米管等纳米碳材料由于具有优异的力学性能，因此成为高分子聚合物材料、金属基材料，甚至无机非金属材料中广泛应用和研究的增强体材料。但无论与哪种基体材料复合，纳米碳材料都面临着与基体的界面结合问题。例如，石墨烯与铜合金基体，碳纳米管与铝合金基体等都存在因为界面润湿性差而导致界面结合不牢固的问题。这也是目前纳米碳材料增强金属基或陶瓷基复合材料面临的最大问题和挑战。

CN113186417A公开了一种氧化石墨烯-碳量子点增强铜基复合材料的制备方法，采用变速球磨将氧化石墨烯、碳量子点和铜粉进行混合，随后将氧化石墨烯-碳量子点-氧化亚铜-铜复合粉末于氮氢混合气体中退火，得到还原氧化石墨烯-碳量子点-铜复合粉末，继续通过放电等离子烧结将复合粉末进行烧结，对烧结块体进行轧制得到还原氧化石墨烯-碳量子点-铜复合块体材料。该方法虽然通过添加碳量子点改善了碳-铜界面的不润湿性，但是碳量子点和还原氧化石墨烯均匀分散在铜基体中，还原氧化石墨烯和铜基体之间的界面结合仍然存在结合不牢固的问题，因此强化效果有限。

发明内容

基于此，有必要针对传统碳材料与基体界面结合不牢固的问题，提供一种与基体界面结合牢固的碳量子点包覆碳质材料的制备方法。

一种碳量子点包覆碳质材料的制备方法，包括以下步骤：

提供碳量子点前驱体；

提供碳质材料分散液；

将所述碳量子点前驱体和所述碳质材料分散液混合均匀，得到混合液；

采用喷雾干燥法对所述混合液进行干燥处理，得到碳量子点前驱体包覆碳质材料；

在真空或保护性气体氛围中，将所述碳量子点前驱体包覆碳质材料进行热处理，得到碳量子点包覆碳质材料。

在其中一个实施例中，所述碳量子点前驱体包括分子量低于1000的有机物，所述分子量低于1000的有机物选自柠檬酸、乙二醇、维生素、蛋白质、甲苯、芴、吡咯中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述碳质材料分散液由以下方法制备：将碳质材料与溶剂均匀混合，得到所述碳质材料分散液；所述溶剂为水或有机溶剂，所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、甲苯、汽油、煤油中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述碳质材料包括含碳的单质，所述含碳的单质选自石墨烯、碳纳米管、金刚石、富勒烯及石墨中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述干燥处理的温度大于所述溶剂的沸点。