本发明涉及纳米超导复合材料技术领域，尤其涉及一种纳米超导复合材料及其制备方法。
背景技术：
按照材料的结构和组成，导电高分子材料分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子材料又称为本征型导电高分子材料，是由具有共轭π键或具有部分π键的高分子经化学或电化学掺杂处理后具有导电功能的材料。结构型导电高分子材料存在难熔、难溶、成型困难、掺杂剂多属有毒和强腐蚀物质、电导率变化范围较窄、导电稳定性差和成本较高等缺点，因此其应用与发展受到了很大限制。复合型导电高分子材料是以高分子材料为基体，通过掺加一种或多种导电物质并经分散复合、层积复合等方式处理而具有导电功能的多相复合体系。
超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。高温超导材料的生产技术随着时间的发展不断成熟，价格也随之降低，市场竞争能力不断增加，具有体积小，重量轻，损耗低和传输容量大的优点，是传统电缆的升级换代产品。
现有的纳米超导复合材料加工性能、机械性能和耐环境应力开裂性能较差，为此，本发明提出一种纳米超导复合材料及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的加工性能、机械性能和耐环境应力开裂性能较差的缺点，而提出的一种纳米超导复合材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米超导复合材料，包括以下重量份的原料：80～120份石墨烯、30～50份钇粉、30～50份铌粉、20～30份氟化钠、12～15份金属催化剂、20～30份银粉、160～320份异丙醇、15～20份碳酸钙、25～30份甲基纤维素、10～15份硼酸钠、10～15份苯甲酸、10～15份硝酸钙、10～15份硫酸钡、5～10份分散剂、5～10份聚苯硫醚、10～20份PPS树脂、3～5份单壁碳纳米管、20～25份超导电炭黑、5～10份导电金属混合物、5～10份碳纳米管分散液、1～5份流变剂、3～5份抗氧剂。
优选的，包括以下重量份的原料：90～110份石墨烯、35～45份钇粉、35～45份铌粉、25～27份氟化钠、13～14份金属催化剂、25～27份银粉、180～300份异丙醇、16～19份碳酸钙、26～29份甲基纤维素、12～13份硼酸钠、12～13份苯甲酸、12～13份硝酸钙、12～13份硫酸钡、6～9份分散剂、6～9份聚苯硫醚、13～17份PPS树脂、3～5份单壁碳纳米管、21～24份超导电炭黑、6～9份导电金属混合物、6～9份碳纳米管分散液、2～4份流变剂、3～5份抗氧剂。
优选的，包括以下重量份的原料：100份石墨烯、40份钇粉、40份铌粉、25份氟化钠、13.5份金属催化剂、25份银粉、240份异丙醇、17.5份碳酸钙、27.5份甲基纤维素、12.5份硼酸钠、12.5份苯甲酸、12.5份硝酸钙、12.5份硫酸钡、7.5份分散剂、7.5份聚苯硫醚、15份PPS树脂、4份单壁碳纳米管、22.5份超导电炭黑、7.5份导电金属混合物、7.5份碳纳米管分散液、3份流变剂、4份抗氧剂。
优选的，所述石墨烯、钇粉、铌粉、银粉与超导电炭黑的重量比为3～4：1：1：1：0.6～0.8。
一种纳米超导复合材料的制备方法，包括以下步骤，
S1，石墨烯预处理，在石墨烯中掺入氟化钠，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在650～700℃加热，加热时间控制在10～15min，将氟化钠固定在石墨烯表面上；
S2，单壁碳纳米管和碳纳米管分散液超声混合得到单壁碳纳米管分散液；
S3，将预处理的石墨烯和单壁碳纳米管分散液置于容器内，用异丙醇溶解，再加入分散剂、聚苯硫醚、PPS树脂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为30～0kHz，时间为2～4h，形成均质的纳米碳导电纤维材料溶液；
S4，向纳米碳导电纤维材料溶液中加入球形纳米钇粉，搅拌均匀后过滤得到滤渣，将滤渣真空干燥，得到混合粉体；混合粉体在还原性气氛中进行热处理，热处理的温度为500℃～800℃，升温速度为20℃/min～50℃/min，得到纳米碳导电纤维材料包覆钇粉；
S5，将超导电炭黑、导电金属混合物、银粉、铌粉和纳米碳导电纤维材料包覆钇粉干燥，置于研磨机内研磨12～14小时，制得粉料，粉料置于真空管式炉内，升温加热至900～950℃，恒温预热10～16小时，取出，制得混合粉料A；
S6，取碳酸钙、甲基纤维素、硼酸钠、苯甲酸、流变剂、抗氧剂、硝酸钙和硫酸钡置于研磨机内，以蒸馏水为助磨剂球磨2～6小时，然后加入木质素磺酸钠继续球磨4小时，取出，烘干，制得混合粉料B；
S7，将上述混合粉料A和混合粉料B混合后，使用模具压制成形，压制压力为15～20MPa，制成块片状料坯，用铌箔包裹，将包裹好的块片状料坯装入石英舟中，将石英舟放在管式炉中，在5～7％的氢气与96～98％的氮气混合气保护中，将炉温升温至1050～1450℃，保温7～9h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料。
优选的，所述S1中，石墨烯预处理，在石墨烯中掺入氟化钠，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在675℃加热，加热时间控制在12.5min，将氟化钠固定在石墨烯表面上
优选的，所述S3中，超声频率为10kHz，时间为3h，形成均质的纳米碳导电纤维材料溶液。
优选的，所述S4中，向纳米碳导电纤维材料溶液中加入球形纳米钇粉，搅拌均匀后过滤得到滤渣，将滤渣真空干燥，得到混合粉体；混合粉体在还原性气氛中进行热处理，热处理的温度为650℃，升温速度为35℃/min，得到纳米碳导电纤维材料包覆钇粉。
优选的，所述S5中，将超导电炭黑、导电金属混合物、银粉、铌粉和纳米碳导电纤维材料包覆钇粉干燥，置于研磨机内研磨13小时，制得粉料，粉料置于真空管式炉内，升温加热至925℃，恒温预热13小时，取出，制得混合粉料A。
优选的，所述S6，以蒸馏水为助磨剂球磨4小时，然后加入木质素磺酸钠继续球磨4小时，取出，烘干，制得混合粉料B。
本发明提出的一种纳米超导复合材料，通过钇粉、铌粉和银粉的加入，提高超导复合材料的导电性能，并且金属和无机非金属的熔合，形成了硬度不低，方便加工的材料，方便将本复合材料运用在生活中，而且本发明还提出了一种纳米超导复合材料的制备方法，将炉温升温至1050～1450℃，保温7～9h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料，导电性能强，本发明设计巧妙，成分合理，方法恰当，得到的超导复合材料物理性能好，适合推广。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
本发明提出的一种纳米超导复合材料，包括以下重量份的原料：100份石墨烯、40份钇粉、40份铌粉、25份氟化钠、13.5份金属催化剂、25份银粉、240份异丙醇、17.5份碳酸钙、27.5份甲基纤维素、12.5份硼酸钠、12.5份苯甲酸、12.5份硝酸钙、12.5份硫酸钡、7.5份分散剂、7.5份聚苯硫醚、15份PPS树脂、4份单壁碳纳米管、22.5份超导电炭黑、7.5份导电金属混合物、7.5份碳纳米管分散液、3份流变剂、4份抗氧剂。
本发明提出的一种纳米超导复合材料的制备方法，包括以下步骤，
S1，石墨烯预处理，在石墨烯中掺入氟化钠，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在650℃加热，加热时间控制在10min，将氟化钠固定在石墨烯表面上；
S2，单壁碳纳米管和碳纳米管分散液超声混合得到单壁碳纳米管分散液；
S3，将预处理的石墨烯和单壁碳纳米管分散液置于容器内，用异丙醇溶解，再加入分散剂、聚苯硫醚、PPS树脂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为30kHz，时间为2h，形成均质的纳米碳导电纤维材料溶液；
S4，向纳米碳导电纤维材料溶液中加入球形纳米钇粉，搅拌均匀后过滤得到滤渣，将滤渣真空干燥，得到混合粉体；混合粉体在还原性气氛中进行热处理，热处理的温度为650℃，升温速度为35℃/min，得到纳米碳导电纤维材料包覆钇粉；
S5，将超导电炭黑、导电金属混合物、银粉、铌粉和纳米碳导电纤维材料包覆钇粉干燥，置于研磨机内研磨13小时，制得粉料，粉料置于真空管式炉内，升温加热至925℃，恒温预热13小时，取出，制得混合粉料A；
S6，取碳酸钙、甲基纤维素、硼酸钠、苯甲酸、流变剂、抗氧剂、硝酸钙和硫酸钡置于研磨机内，以蒸馏水为助磨剂球磨4小时，然后加入木质素磺酸钠继续球磨4小时，取出，烘干，制得混合粉料B；
S7，将上述混合粉料A和混合粉料B混合后，使用模具压制成形，压制压力为15MPa，制成块片状料坯，用铌箔包裹，将包裹好的块片状料坯装入石英舟中，将石英舟放在管式炉中，在5％的氢气与96％的氮气混合气保护中，将炉温升温至1050℃，保温7h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料。
实施例二
本发明提出的一种纳米超导复合材料，包括以下重量份的原料：100份石墨烯、40份钇粉、40份铌粉、25份氟化钠、13.5份金属催化剂、25份银粉、240份异丙醇、17.5份碳酸钙、27.5份甲基纤维素、12.5份硼酸钠、12.5份苯甲酸、12.5份硝酸钙、12.5份硫酸钡、7.5份分散剂、7.5份聚苯硫醚、15份PPS树脂、4份单壁碳纳米管、22.5份超导电炭黑、7.5份导电金属混合物、7.5份碳纳米管分散液、3份流变剂、4份抗氧剂。
本发明提出的一种纳米超导复合材料的制备方法，包括以下步骤，
S1，石墨烯预处理，在石墨烯中掺入氟化钠，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在675℃加热，加热时间控制在12.5min，将氟化钠固定在石墨烯表面上；
S2，单壁碳纳米管和碳纳米管分散液超声混合得到单壁碳纳米管分散液；
S3，将预处理的石墨烯和单壁碳纳米管分散液置于容器内，用异丙醇溶解，再加入分散剂、聚苯硫醚、PPS树脂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为10kHz，时间为3h，形成均质的纳米碳导电纤维材料溶液；
S4，向纳米碳导电纤维材料溶液中加入球形纳米钇粉，搅拌均匀后过滤得到滤渣，将滤渣真空干燥，得到混合粉体；混合粉体在还原性气氛中进行热处理，热处理的温度为650℃，升温速度为35℃/min，得到纳米碳导电纤维材料包覆钇粉；
S5，将超导电炭黑、导电金属混合物、银粉、铌粉和纳米碳导电纤维材料包覆钇粉干燥，置于研磨机内研磨13小时，制得粉料，粉料置于真空管式炉内，升温加热至925℃，恒温预热13小时，取出，制得混合粉料A；
S6，取碳酸钙、甲基纤维素、硼酸钠、苯甲酸、流变剂、抗氧剂、硝酸钙和硫酸钡置于研磨机内，以蒸馏水为助磨剂球磨4小时，然后加入木质素磺酸钠继续球磨4小时，取出，烘干，制得混合粉料B；
S7，将上述混合粉料A和混合粉料B混合后，使用模具压制成形，压制压力为17MPa，制成块片状料坯，用铌箔包裹，将包裹好的块片状料坯装入石英舟中，将石英舟放在管式炉中，在6％的氢气与97％的氮气混合气保护中，将炉温升温至1250℃，保温8h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料。
实施例三
本发明提出的一种纳米超导复合材料，包括以下重量份的原料：100份石墨烯、40份钇粉、40份铌粉、25份氟化钠、13.5份金属催化剂、25份银粉、240份异丙醇、17.5份碳酸钙、27.5份甲基纤维素、12.5份硼酸钠、12.5份苯甲酸、12.5份硝酸钙、12.5份硫酸钡、7.5份分散剂、7.5份聚苯硫醚、15份PPS树脂、4份单壁碳纳米管、22.5份超导电炭黑、7.5份导电金属混合物、7.5份碳纳米管分散液、3份流变剂、4份抗氧剂。
本发明提出的一种纳米超导复合材料的制备方法，包括以下步骤，
S1，石墨烯预处理，在石墨烯中掺入氟化钠，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在700℃加热，加热时间控制在15min，将氟化钠固定在石墨烯表面上；
S2，单壁碳纳米管和碳纳米管分散液超声混合得到单壁碳纳米管分散液；
S3，将预处理的石墨烯和单壁碳纳米管分散液置于容器内，用异丙醇溶解，再加入分散剂、聚苯硫醚、PPS树脂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为0kHz，时间为4h，形成均质的纳米碳导电纤维材料溶液；
S4，向纳米碳导电纤维材料溶液中加入球形纳米钇粉，搅拌均匀后过滤得到滤渣，将滤渣真空干燥，得到混合粉体；混合粉体在还原性气氛中进行热处理，热处理的温度为650℃，升温速度为35℃/min，得到纳米碳导电纤维材料包覆钇粉；
S5，将超导电炭黑、导电金属混合物、银粉、铌粉和纳米碳导电纤维材料包覆钇粉干燥，置于研磨机内研磨13小时，制得粉料，粉料置于真空管式炉内，升温加热至925℃，恒温预热13小时，取出，制得混合粉料A；
S6，取碳酸钙、甲基纤维素、硼酸钠、苯甲酸、流变剂、抗氧剂、硝酸钙和硫酸钡置于研磨机内，以蒸馏水为助磨剂球磨4小时，然后加入木质素磺酸钠继续球磨4小时，取出，烘干，制得混合粉料B；
S7，将上述混合粉料A和混合粉料B混合后，使用模具压制成形，压制压力为20MPa，制成块片状料坯，用铌箔包裹，将包裹好的块片状料坯装入石英舟中，将石英舟放在管式炉中，在7％的氢气与98％的氮气混合气保护中，将炉温升温至1450℃，保温9h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料。
分别对上述实施例一～三制备的复合材料进行硬度，冲击韧性和耐磨性进行检测，并与市场上的复合材料进行对比，检测结果如下：
本发明提出的一种纳米超导复合材料，通过钇粉、铌粉和银粉的加入，提高超导复合材料的导电性能，并且金属和无机非金属的熔合，形成了硬度不低，方便加工的材料，方便将本复合材料运用在生活中，而且本发明还提出了一种纳米超导复合材料的制备方法，将炉温升温至1050～1450℃，保温7～9h进行烧结反应，然后快速冷却至室温，即制得纳米碳导电纤维钇铌银超导材料，导电性能强，本发明设计巧妙，成分合理，方法恰当，得到的超导复合材料物理性能好，适合推广。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。