[发明专利]基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法及其粉末

说明书

本发明公开了一种基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法及其粉末，方法包括以下步骤：a、将金属原料加入高温蒸发器中，加热使其蒸发；b、通过载气将碳氧化合物气体和步骤a中得到的原料蒸汽送入粒子成形控制器；c、使碳氧化合物气体中的碳在金属粒子成核和生长的过程中于其表面反应沉积并形成片层状的石墨烯；d、将步骤c中得到的原料导入冷却器中冷却，并使片层状的石墨烯从已成形的金属粒子表面分离，收集即得石墨烯掺杂的超细金属粉末。本发明基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法及其粉末能规模化生产出片层状颗粒的石墨烯粉体、其生产工序少且相对简单、经济效益相对高、安全且成本相对低。

技术领域

本发明涉及超细粉末材料制备技术领域，具体讲是一种基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法及其粉末，展开讲即一种基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法及其石墨烯掺杂金属粉末。

背景技术

石墨烯是当代固体物理学和材料学上里程碑式的发现，其由于单层二维蜂窝状的晶格结构和特殊的光电学特性，在例如新能源电池、催化、储气储能应用等多个领域具有重要的应用前景。石墨烯常见的生产方法有剥离法、SiC外延生长法和化学气相沉积法(CVD)，其中目前最具实用前景的合成方法是应用CVD法使含碳前驱物中的碳沉积于金属基底上，以获得大面积、高质量石墨烯薄膜，其具有高导电性、高透光性、高柔韧性、高阻隔性、高机械强度、高化学稳定性、超薄等特点，在透明导电薄膜、分离阻隔膜、场效应晶体管、光电探测器、导热材料、集流体涂层、催化剂载体等高精度场合具有广泛用途，但对于精度要求相对较低或是用量需求较大的应用场合其并不适用，例如用于改善导电浆料性能、作为电极材料或散热材料时，微米到纳米尺度的石墨烯粉末更具优势。

对于上述技术问题，现有技术提出的解决方法有对制备方法进行提效，如使用氧化还原等化学法、微波/电离/激光等高能物理法实现批量生产，又或是将石墨烯与其他基底材料进行复合以期在提高生产效率的同时拓宽应用场景等，但诸多方法对设备要求较高、投入产出比大、规模化生产困难、综合经济效益不高。其中，应用碳沉积方法在金属基底上得到石墨烯粉末是能耗与污染相对较低、具有良好开发前景的一个方向。

CN107745120A公开了一种碳被覆金属粉末的制造方法，其通过高温蒸发产生金属蒸气，并在上述金属蒸气冷却成核生长的过程中供给易受热分解的烃醇类碳源，在金属核的表面上形成碳被覆膜。CN110777354A公开了一种金属粉末表面生长石墨烯的方法，其通过高温将金属粉末熔融形成液滴，并供给烃醇类碳源使其在液滴表面催化裂解，生成交错堆积生长的石墨烯层。上述现有技术均属于在固定空间内金属粉末基底上的原位包覆，这样做有利于包覆的完整性和强度，但所得产品的应用也受限于金属粉末本身(如用于改善金属烧结性能)，外层碳层或石墨烯层则由于包覆层与金属粉末基底分离困难，其优良性能和应用潜力反而遭到了忽略或限制。并且，在金属粉末表面碳氢化合物分解生成的碳被覆层有可能只是以无定形炭形式存在，而未形成石墨烯结构；或者需要对原料二次加热进行反应，大量耗能的弊端还同时存在高温下金属粒子分散不良导致的粉体烧结问题。

此外，不仅限于以金属粉末作为基底，现有技术中应用碳沉积法的石墨烯制备方法还有一个较普遍的缺点，即涉及到以碳氢化合物作为碳源，上述碳源在分解过程中会产生氢气，增加了生产过程中的安全隐患以及设备运维成本。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能规模化生产出片层状颗粒的石墨烯粉体、其生产工序少且相对简单、经济效益相对高、安全且成本相对低的基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种基于蒸发冷凝法制备石墨烯掺杂金属粉末的方法，包括以下步骤：

a、将金属原料加入高温蒸发器中，加热使其蒸发；

b、通过载气将碳氧化合物气体和步骤a中得到的原料蒸汽送入粒子成形控制器；

c、使碳氧化合物气体中的碳在金属粒子成核和生长的过程中于其表面反应沉积并形成片层状的石墨烯；