一種利用電沉積法製備石墨烯/銅複合粉的方法與流程

2023-07-27 01:26:21 2

本發明屬於金屬粉末製備技術領域，涉及金屬功能材料製備。

背景技術：

石墨烯因具有極高的強度和優異的導電導熱性能（強度為130gpa，載流子遷移率為15000cm2/v·s，導熱係數為5300w/m·k）而被認為是高強高導銅基複合材料的最佳強化相，但石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大和石墨烯與銅的界面結合性能差是石墨烯強化銅基複合材料製備上的兩大難題。

石墨烯強化銅基複合材料最常用的方法是球磨法，但球磨法不能解決以上兩個問題。kim等kimwj,leetj,hansh.multi-layergraphene/coppercomposites:preparationusinghigh-ratiodifferentialspeedrollingmicrostructureandmechanicalproperties,carbon,69,pp55-65,2014.採用球磨結合異步軋制技術製備石墨烯銅基複合材料，即將石墨烯和銅粉通過高能球磨法混合，然後採用異步軋制技術軋制，製備出多層石墨烯增強銅基複合材料。儘管球磨結合軋制技術有利於石墨烯在銅基體中的分散性，也可以細化銅的晶粒和增加組織的均勻性，但解決不了石墨烯與銅的界面結合性能差的問題。tang等tangyx,yangxm,wangrr,limx.enhancementofthemechanicalpropertiesofgraphene-coppercompositeswithgraphene-nickelhybrids,materialsscienceandengineeringa,599,pp247-254,2014.採用球磨的方法把ni納米粒子修飾的石墨烯片層和銅粉混合，可以一定程度上解決石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大的問題和石墨烯與銅的界面結合性能差的問題。儘管ni與石墨烯的結合性能比cu和石墨烯的結合性能號，但ni與石墨烯經燒結後不能形成主價鍵（金屬鍵、離子鍵或者共價鍵）xuzp,buehlermj.interfacestructureandmechanicsbetweengrapheneandmetalsubstrates:afirst-principlesstudy,journalofphysics:condensedmatter,22,pp485301,2010，所以即使採用ni修飾的石墨烯和銅粉混合也不能從根本上解決問題。李彬.石墨烯/銅基複合材料製備及性能研究[d].哈爾濱:哈爾濱工業大學，2012.和李瑞宇.石墨烯/銅複合材料的改進分子級混合方法製備、表徵及性能研究[d].武漢:武漢理工大學，2014.利用分子水平混合法及其改進型的分子水平混合法（對氧化石墨烯和銅離子混合溶液進行乾燥後在h2中還原），得到了石墨烯均勻分布於銅粉中的石墨烯/銅複合粉，但燒結後的合金緻密度低，合金強度和導電率都不是很理想。由此可見，儘管分子水平混合法可以解決石墨烯均勻分散在銅基體中難度大的問題，但並不能解決石墨烯與銅的界面結合性能差的問題。

由此可見，儘管石墨烯/銅複合粉的製備方法很多，但至今仍然沒有一種實用的方法可以同時解決石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大和石墨烯與銅的界面結合性能差兩大難題，開發出新的製備方法以解決這兩大難題的更優性能的石墨烯/銅複合粉，具有積極的現實意義和良好的應用前景。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有製備技術及工藝上的不足，提供一種利用電沉積法製備石墨烯/銅複合粉的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明所述的一種採用電沉積方法製備石墨烯/銅複合粉，按如下步驟。

以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，可溶性銅鹽、可溶性鎳鹽及氧化石墨烯混合後的溶液為電解液，通直流電進行電沉積，保持一定的電流密度一段時間，陰極上沉積所得產物即為石墨烯/銅複合粉。

用無水乙醇清洗產物，除去殘留雜質，再放入真空乾燥箱中進行烘乾，研磨，得到石墨烯/銅複合粉。

所述的可溶性銅鹽為氯化銅，硫酸銅或硝酸銅中的一種。

所述的可溶性鎳鹽為氯化鎳，硫酸鎳或硝酸鎳中的一種。

所述的銅鹽與鎳鹽的質量比為5:1-100:1。

所述的電解液濃度為0.01g/ml-1.0g/ml。

所述的電流密度為5a/m2-5000a/m2。

所述的電沉積時間為2h-48h。

本發明的優點是。

（1）本發明擬解決了石墨烯均勻分散在銅基體中的難度大的問題，使得石墨烯均勻分布於銅基體上。

（2）添加少量石墨烯，並沒有降低混合溶液的導電性能，製備出的石墨烯/銅複合粉形貌呈現為均勻的球形，且石墨烯以單層或少層的形式均勻分散在銅粉中。

（3）工藝簡單，操作容易，成本低廉：原料鱗片石墨粉，電解銅片，硝酸鈉，高錳酸鉀等均為常見工業原料，制樣和電沉積過程均無特殊設備要求。

附圖說明

圖1為實施例1所製備石墨烯/銅複合粉的掃描電鏡照片。

具體實施方式

本發明將通過以下實施例作進一步說明，但本發明的保護範圍不限於此。

實施例1。

製備石墨烯/銅複合粉，應按以下步驟進行：以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，可溶性銅鹽硫酸銅（cuso4）及可溶性鎳鹽硫酸鎳（niso4），按銅鹽：鎳鹽=10:1的質量比，與氧化石墨烯混合後的溶液為電解液，電解液濃度為0.12g/ml，通直流電進行電沉積，保持50a/m2的電流密度24h，陰極上沉積所得產物即為石墨烯/銅複合粉。

實施例2。

製備石墨烯/銅複合粉，應按以下步驟進行：以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，可溶性銅鹽氯化銅（cucl2）及可溶性鎳鹽氯化鎳（nicl2），按銅鹽：鎳鹽=20:1的質量比，與氧化石墨烯混合後的溶液為電解液，電解液濃度為0.15g/ml，通直流電進行電沉積，保持100a/m2的電流密度48h，陰極上沉積所得產物即為石墨烯/銅複合粉。

實施例3。

製備石墨烯/銅複合粉，應按以下步驟進行：以電解銅片為陽極，銅箔為陰極，可溶性銅鹽硝酸銅（cuno3）及可溶性鎳鹽硝酸鎳（nino3），按銅鹽：鎳鹽=15:1的質量比，與氧化石墨烯混合後的溶液為電解液，電解液濃度為0.60g/ml，通直流電進行電沉積，保持80a/m2的電流密度12h，陰極上沉積所得產物即為石墨烯/銅複合粉。