一种石墨烯负载的金属复合材料及其制备方法

文档序号:10707382阅读:304来源:国知局
一种石墨烯负载的金属复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯负载的金属复合材料,由下列重量份的原料制成:天然鳞片石墨25?35份、硝酸钠5?10份、高锰酸钾3?5份、硼氢化钠4?8份、水合肼2?5份、聚乙二醇9?15份、三氧化四铁2?6份、氯化镍1?3份、氯化锡1?3份、硼酸钾5?9份、钨粉15?25份、镍粉5?15份、铜粉3?9份、镁粉4?8份、铝粉3?5份,亚硒酸钠2?7份、二硫化纳2?6份、硼酸锌5?7份、氟化锆3?8份、聚乙烯醇6?10份、变性剂3?5份、热稳定剂5?10份。制备而成的石墨烯负载的金属复合材料,其机械强度高、导热性能好、电子迁移率大。同时,还公开了相应的制备方法。
【专利说明】
一种石墨烯负载的金属复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域,特别涉及一种石墨烯负载的金属复合材料及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代科技的发展,今年来,碳纳米材料已经引起各个学科的关注。自从2004年 曼彻斯特大学首次利用机械剥离法获得石墨烯一来,它一直是碳纳米材料中研究的热点。 石墨烯是由碳原子以sp 2杂化连接的单原子层构成,又称为"单层石墨片",其理论厚度仅为 0.35nm,是目前所见的最薄的二维材料。而且石墨稀是构成其他碳纳米材料的基本单元。石 墨烯的理论比面积高,机械强度高、导热性能好,而且电子传输能力强,电子迀移率大等优 点。所以石墨烯是许多材料的优良载体或组成部分。
[0003] 将石墨烯和金属材料复合得到的金属/石墨烯复合材料能够结合两者的优势,一 方面石墨烯可以使金属材料分散均匀,稳定;另一方面可以增强电子传输率,提供复合材料 的整体性能。正是由于金属/石墨烯复合材料的优良特性,这种材料在修饰电极、化学电源、 太阳能电池、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面有着广泛的应用前景。所以本项研 究旨在研究发现一种新型的石墨烯负载的金属复合材料,以期待能在各种新型科技领域有 长足的发展及应用前景。

【发明内容】

[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供一种石墨稀负载的金属复合材料及其制备方 法,通过采用特定原料进行组合,配合相应的生产工艺,得到了一种石墨烯负载的金属复合 材料,其机械强度高、导热性能好、电子迀移率大,能够满足行业的要求,具有较好的应用前 景。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现: 石墨烯负载的金属复合材料,由下列重量份的原料制成:天然鳞片石墨25-35份、硝酸 钠5-10份、高锰酸钾3-5份、硼氢化钠4-8份、水合肼2-5份、聚乙二醇9-15份、三氧化四铁2-6 份、氯化镍1 -3份、氯化锡1 -3份、硼酸钾5-9份、妈粉15-25份、镍粉5-15份、铜粉3-9份、镁粉 4_8份、错粉3_5份,亚硒酸钠2_7份、二硫化纳2_6份、硼酸锌5_7份、氣化错3_8份、聚乙稀醇 6-10份、变性剂3-5份、热稳定剂5-10份。
[0006] 优选地,所述的变性剂选自对羟基苯胺、对硝基苯酚、氨丙基三乙氧基硅烷、六亚 甲基四胺中的一种或几种。
[0007] 优选地,所述热稳定剂选自己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯 二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一种或几种。
[0008] 所述的石墨烯负载的金属复合材料的制备方法,包括以下步骤: (1) 按照重量份称取各原料; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1000-1500转/分的速度搅拌3-5小时,送入高温炉预烧,预烧温度为300-450 °C,预烧时间为2-3小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、变性剂、热稳定剂加入超声震荡器中,在50kHz、220W的条件下分散均 匀,得到混合料浆; (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为250-300°C,出口温度为150-180°C,得到颗粒状物料,然后过20目 筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20-30分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品。
[0009] 优选地,步骤(7)中的烧结为真空烧结,真空度为1.5 X H^Pa,烧结温度为950-1000°C,烧结时间为2-3小时。
[0010] 本发明与现有技术相比,其有益效果为: (1)本发明的石墨烯负载的金属复合材料以天然鳞片石墨、钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝 粉为主要成分,通过加入亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇、硝酸钠、高锰酸 钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯化镍、氯化锡、硼酸钾、变性剂、热稳定剂, 辅以高温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺,使得制备 而成的石墨烯负载的金属复合材料,其机械强度高、导热性能好、电子迀移率大,能够满足 行业的要求,具有较好的应用前景。
[0011] (2)本发明的石墨烯负载的金属复合材料原料廉价、工艺简单,适于大规模工业化 运用,实用性强。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
[0013] 实施例1 (1) 称取天然鳞片石墨25份、硝酸钠5份、高锰酸钾3份、硼氢化钠4份、水合肼2份、聚乙 二醇9份、三氧化四铁2份、氯化镍1份、氯化锡1份、硼酸钾5份、钨粉15份、镍粉5份、铜粉3份、 镁粉4份、铝粉3份,亚硒酸钠2份、二硫化纳2份、硼酸锌5份、氟化锆3份、聚乙烯醇6份、对羟 基苯胺3份、己二酸二辛酯5份; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1000转/分的速度搅拌3小时,送入高温炉预烧,预烧温度为300°C,预烧时间为 2小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、对羟基苯胺、己二酸二辛酯加入超声震荡器中,在50kHz、220W的条件 下分散均匀,得到混合料浆; (5)将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为250°C,出口温度为150°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X H^Pa,烧结温度为950°C,烧结时间为2小时。
[0014]制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0015] 实施例2 (1) 称取天然鳞片石墨28份、硝酸钠7份、高锰酸钾4份、硼氢化钠5份、水合肼3份、聚乙 二醇11份、三氧化四铁3份、氯化镍2份、氯化锡2份、硼酸钾7份、钨粉19份、镍粉8份、铜粉5 份、镁粉5份、铝粉4份,亚硒酸钠3份、二硫化纳3份、硼酸锌6份、氟化锆4份、聚乙烯醇7份、对 硝基苯酚4份、丙二醇甲醚醋酸酯7份; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1200转/分的速度搅拌3.5小时,送入高温炉预烧,预烧温度为350°C,预烧时间 为2.4小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、对硝基苯酚、丙二醇甲醚醋酸酯加入超声震荡器中,在50kHz、220W的 条件下分散均匀,得到混合料浆; (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为270°C,出口温度为160°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却23分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X ,烧结温度为970°C,烧结时间为2.3小时。
[0016]制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0017] 实施例3 (1) 称取天然鳞片石墨32份、硝酸钠8份、高锰酸钾4份、硼氢化钠7份、水合肼4份、聚乙 二醇13份、三氧化四铁5份、氯化镍2份、氯化锡2份、硼酸钾7份、钨粉22份、镍粉12份、铜粉8 份、镁粉6份、错粉4份,亚硒酸钠6份、二硫化纳5份、硼酸锌6份、氟化锆7份、聚乙烯醇9份、氨 丙基三乙氧基硅烷4份、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡9份; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1400转/分的速度搅拌4小时,送入高温炉预烧,预烧温度为400°C,预烧时间为 2.8小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、氨丙基三乙氧基硅烷、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡加入超声震荡 器中,在50kHz、220W的条件下分散均匀,得到混合料浆; (5)将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为290°C,出口温度为170°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却28分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X ,烧结温度为980°C,烧结时间为2.8小时。
[0018]制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0019] 实施例4 (1) 称取天然鳞片石墨35份、硝酸钠10份、高锰酸钾5份、硼氢化钠8份、水合肼5份、聚乙 二醇15份、三氧化四铁6份、氯化镍3份、氯化锡3份、硼酸钾9份、钨粉25份、镍粉15份、铜粉9 份、镁粉8份、错粉5份,亚硒酸钠7份、二硫化纳6份、硼酸锌7份、氟化锆8份、聚乙烯醇10份、 六亚甲基四胺5份、双丙烯酸丁二酯10份; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1500转/分的速度搅拌5小时,送入高温炉预烧,预烧温度为450°C,预烧时间为 3小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、六亚甲基四胺、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中,在50kHz、220W的 条件下分散均匀,得到混合料浆; (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为300°C,出口温度为180°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却30分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X 10、&,烧结温度为1000°C,烧结时间为3小时。
[0020] 制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0021] 对比例1 (1)称取天然鳞片石墨25份、硝酸钠5份、水合肼2份、聚乙二醇9份、三氧化四铁2份、氯 化镍1份、氯化锡1份、硼酸钾5份、钨粉15份、镁粉4份、铝粉3份,亚硒酸钠2份、二硫化纳2份、 硼酸锌5份、氟化锆3份、聚乙烯醇6份、对羟基苯胺3份、己二酸二辛酯5份; (2 )将钨粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加入混合罐,以 1000转/分的速度搅拌3小时,送入高温炉预烧,预烧温度为300°C,预烧时间为2小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯化镍、氯化锡、硼酸钾、 对羟基苯胺、己二酸二辛酯加入超声震荡器中,在50kHz、220W的条件下分散均匀,得到混合 料浆; (5)将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为250°C,出口温度为150°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X H^Pa,烧结温度为950°C,烧结时间为2小时。
[0022] 制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0023] 对比例2 (1) 称取天然鳞片石墨35份、高锰酸钾5份、硼氢化钠8份、聚乙二醇15份、三氧化四铁6 份、氯化镍3份、氯化锡3份、硼酸钾9份、钨粉25份、镍粉15份、铜粉9份、镁粉8份、铝粉5份,亚 硒酸钠7份、二硫化纳6份、硼酸锌7份、聚乙烯醇10份、六亚甲基四胺5份、双丙烯酸丁二酯10 份; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、聚乙烯醇加入混合 罐,以1500转/分的速度搅拌5小时,送入高温炉预烧,预烧温度为450°C,预烧时间为3小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4 )将天然鳞片石墨、高锰酸钾、硼氢化钠、聚乙二醇、三氧化四铁、氯化镍、氯化锡、硼 酸钾、六亚甲基四胺、双丙烯酸丁二酯加入超声震荡器中,在50kHz、220W的条件下分散均 匀,得到混合料浆; (5)将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为300°C,出口温度为180°C,得到颗粒状物料,然后过20目筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却30分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品,烧结为真 空烧结,真空度为1.5 X 10、&,烧结温度为1000°C,烧结时间为3小时。
[0024]制得的石墨烯负载的金属复合材料的性能测试结果如表1所示。
[0025]将实施例1-4和对比例1-2的石墨烯负载的金属复合材料分别进行抗拉强度、导热 系数、电子迀移率等性能的测试。
本发明的石墨烯负载的金属复合材料以天然鳞片石墨、钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉为 主要成分,通过加入亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇、硝酸钠、高锰酸钾、硼 氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯化镍、氯化锡、硼酸钾、变性剂、热稳定剂,辅以高 温煅烧、搅拌球磨、超声分散、干燥过筛、压模冷却、烧结、加工成型等工艺,使得制备而成的 石墨烯负载的金属复合材料,其机械强度高、导热性能好、电子迀移率大,能够满足行业的 要求,具有较好的应用前景。本发明的石墨烯负载的金属复合材料原料廉价、工艺简单,适 于大规模工业化运用,实用性强。
[0027]以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发 明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领 域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种石墨烯负载的金属复合材料,其特征在于:由下列重量份的原料制成:天然鳞片 石墨25-35份、硝酸钠5-10份、高锰酸钾3-5份、硼氢化钠4-8份、水合肼2-5份、聚乙二醇9-15 份、二氧化四铁2_6份、氯化镍1-3份、氯化锡1-3份、硼酸钾5-9份、妈粉15-25份、镍粉5_15 份、铜粉3_9份、镁粉4-8份、错粉3-5份,亚硒酸钠2-7份、二硫化纳2-6份、硼酸锌5-7份、氟化 锆3-8份、聚乙烯醇6-10份、变性剂3-5份、热稳定剂5-10份。2. 根据权利要求1所述的石墨稀负载的金属复合材料,其特征在于:所述的变性剂选自 对羟基苯胺、对硝基苯酚、氨丙基三乙氧基硅烷、六亚甲基四胺中的一种或几种。3. 根据权利要求1所述的石墨稀负载的金属复合材料,其特征在于:所述热稳定剂选自 己二酸二辛酯、丙二醇甲醚醋酸酯、双巯基乙酸异辛酯二正辛基锡、双丙烯酸丁二酯中的一 种或几种。4. 根据权利要求1 _3任一所述的石墨稀负载的金属复合材料的制备方法,其特征在于, 包括以下步骤: (1) 按照重量份称取各原料; (2) 将钨粉、镍粉、铜粉、镁粉、铝粉,亚硒酸钠、二硫化纳、硼酸锌、氟化锆、聚乙烯醇加 入混合罐,以1000-1500转/分的速度搅拌3-5小时,送入高温炉预烧,预烧温度为300-450 °C,预烧时间为2-3小时; (3) 再将经预烧处理后的混合物加到球磨机中,添加混合物重量20%的异丙醇,进行球 磨处理,得粉末状混合物; (4) 将天然鳞片石墨、硝酸钠、高锰酸钾、硼氢化钠、水合肼、聚乙二醇、三氧化四铁、氯 化镍、氯化锡、硼酸钾、变性剂、热稳定剂加入超声震荡器中,在50kHz、220W的条件下分散均 匀,得到混合料浆; (5) 将步骤(3)得到的粉末状混合物加到步骤(4)得到的混合料浆中,搅拌均匀后加入 喷雾干燥塔,进口温度为250-300°C,出口温度为150-180°C,得到颗粒状物料,然后过20目 筛; (6 )将过筛后的物料放入模具压制成型,将成型后的材料直接放入-30 °C的低温箱中冷 却20-30分钟; (7)将低温冷却后的成型物料进行烧结,烧结完成后冷却至室温,得到成品。5. 根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于步骤(7)中的烧结为真空烧结,真空度 为1.5\10_中&,烧结温度为950-1000°(:,烧结时间为2-3小时。
【文档编号】C22C1/05GK106077608SQ201610423597
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201610423597.X, CN 106077608 A, CN 106077608A, CN 201610423597, CN-A-106077608, CN106077608 A, CN106077608A, CN201610423597, CN201610423597.X
【发明人】黄润翔
【申请人】苏州洪河金属制品有限公司
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