本發(fā)明涉及石墨烯制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱合金-石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形，厚度為一個(gè)原子層。石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管。
制備石墨烯常見的方法為機(jī)械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法和化學(xué)氣相沉積法。但是機(jī)械剝離法耗時(shí)長、產(chǎn)率低且產(chǎn)品穩(wěn)定性差，難以宏量生產(chǎn)；氧化還原法在氧化、還原、超聲的過程中往往會(huì)造成碳原子的缺失，而且導(dǎo)電性能減弱；SiC外延生長法需在高溫真空下反應(yīng)，對(duì)設(shè)備的要求太高；化學(xué)氣相沉積法工藝不成熟，成本高、沉積速率慢。面對(duì)石墨烯的需求量越來越大，急需研發(fā)新的制備高性能石墨烯的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提出了一種具有高產(chǎn)率制備高導(dǎo)熱合金-石墨烯復(fù)合材料的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：
一種高導(dǎo)熱合金-石墨烯復(fù)合材料的制備方法，制備步驟如下：
1)采用hunmmer法對(duì)石墨原料進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；
2)將步驟1)中的氧化石墨和合金材料通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌得混合物一；
3)將步驟2)中的混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為60-75℃至烘干得混合物二；
4)向混合物二中加入去離子水和穩(wěn)定劑，超聲處理18-20min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；
5)將步驟4)中的混合物三加熱至950-1000℃，保持15-20min，期間不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，然后退火，即得終產(chǎn)品。
優(yōu)選的，步驟1)種的石墨原料為鱗片石墨或石墨粉或膨脹石墨。
優(yōu)選的，步驟2)中的合金材料為黃銅、白銅、鈦青銅、鉻銅中的一種或一種以上的組合物。
優(yōu)選的，步驟2)中攪拌速度為300-350r/min，攪拌時(shí)間為20-25min。
優(yōu)選的，步驟5)中退火至室溫時(shí)間為5-6h。
優(yōu)選的，步驟4)種穩(wěn)定劑為十二烷基苯磺酸鈉或檸檬酸。
由于采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：首先采用時(shí)效性好、安全性高的hummer法對(duì)石墨原料進(jìn)行氧化處理，然后將合金材料與之共混，通過高能球磨機(jī)得到納米級(jí)別的混合料，增大接觸面積，利于充分反應(yīng)，再在攪拌器的作用下使之均勻分散在相互的體系中，添加合金的復(fù)合特性。然后進(jìn)行超聲處理，對(duì)氧化石墨層層分離得氧化石墨烯，采用十二烷基苯磺酸鈉或檸檬酸為穩(wěn)定劑可顯著提高石墨烯的產(chǎn)率。然后再進(jìn)行高溫還原，在還原的過程中不斷的通入甲烷、乙烯等能夠高溫分解補(bǔ)充碳源的氣體，同時(shí)通入氬氣進(jìn)行保護(hù)，含合金的氧化石墨烯被還原，一方面促進(jìn)石墨烯與合金之間滲入作用，形成復(fù)合材料，另一方面，部分合金內(nèi)的金屬元素被碳元素置換出來，其納米顆粒的小粒徑增加了石墨烯的導(dǎo)電性，同時(shí)由于不斷通入的碳源，會(huì)在金屬的表面形成石墨烯包膜，生成納米級(jí)金屬-石墨 烯復(fù)合材料，增加了耐磨、耐疲勞、耐蝕等金屬特性，具有更廣的功能范圍。
本發(fā)明通過導(dǎo)電合金材料與石墨原料制備石墨烯，增強(qiáng)了石墨烯的功能性，采用氧化還原法與氣相沉積法相結(jié)合，通過納米金屬顆粒與補(bǔ)充碳源形成石墨烯包膜彌補(bǔ)了氧化還原碳元素缺失的問題，提高了石墨烯的產(chǎn)率，同時(shí)也增強(qiáng)了還原后石墨烯的導(dǎo)電性。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨、石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和黃銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用320r/min，攪拌20min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為62℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和十二烷基苯磺酸鈉，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥得混合物三；將混合物三加熱至980℃，保持15min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.5h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例2：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和白銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用300r/min，攪拌20min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為60℃至烘干得混合物二；得向混合物二中加入去離子水和十二烷基苯磺酸鈉，超聲處理19min，然后進(jìn)行冷凍干燥，混合物三；將混合物三加熱至990℃，保持18min，加熱 過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.8h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例3：
采用hunmmer法對(duì)石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和鈦青銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用350r/min，攪拌22min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為65℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和十二烷基苯磺酸鈉，超聲處理20min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至960℃，保持20min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.2h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例4：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和鉻銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用330r/min，攪拌25min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為68℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和十二烷基苯磺酸鈉，超聲處理20min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至950℃，保持16min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例5：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨、膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和黃銅、白銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用310r/min，攪拌23min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為70℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和檸檬酸，超聲處理19min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至1000℃，保持15min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火6h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例6：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨、石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨； 將氧化石墨和黃銅、白銅、鈦青銅、鉻銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用330r/min，攪拌22min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為72℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和檸檬酸，超聲處理19min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至1000℃，保持17min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.5h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例7：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨、石墨粉、膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和白銅、鈦青銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用340r/min，攪拌24min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為75℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和檸檬酸，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至950℃，保持19min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.4h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例8：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和白銅、鉻銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用350r/min，攪拌25min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為70℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和檸檬酸，超聲處理20min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至970℃，保持20min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.6h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例9：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨、石墨粉、膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和黃銅、鉻銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加 入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用320r/min，攪拌24min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為65℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和十二烷基苯磺酸鈉，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至970℃，保持18min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.6h得終產(chǎn)品。
實(shí)施例10：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨、石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨和黃銅、白銅、鉻銅通過高能球磨機(jī)研磨，然后加入去離子水，在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌，采用340r/min，攪拌25min得混合物一；將混合物一放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為72℃至烘干得混合物二；向混合物二中加入去離子水和穩(wěn)定劑，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥，得混合物三；將混合物三加熱至980℃，保持17min，加熱過程中不斷通入甲烷、乙烯和氬氣，退火5.8h得終產(chǎn)品。
對(duì)照組1：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨、石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為70℃至烘干得混合物一；向混合物一中加入去離子水，超聲處理20min，然后進(jìn)行冷凍干燥得混合物二；將混合物二加熱至1050℃，保持30s得終產(chǎn)品。
對(duì)照組2：
采用hunmmer法對(duì)膨脹石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為65℃至烘干得混合物一；向混合物一中加入去離子水，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥得混合物二；將混合物二加熱至1050℃，保持30s得終產(chǎn)品。
對(duì)照組3：
采用hunmmer法對(duì)石墨粉進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為70℃至烘干得混合物一；向混合 物一中加入去離子水，超聲處理20min，然后進(jìn)行冷凍干燥得混合物二；將混合物二加熱至1050℃，保持30s得終產(chǎn)品。
對(duì)照組4：
采用hunmmer法對(duì)鱗片石墨進(jìn)行氧化處理得氧化石墨；將氧化石墨放入真空干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度為65℃至烘干得混合物一；向混合物一中加入去離子水，超聲處理18min，然后進(jìn)行冷凍干燥得混合物二；將混合物二加熱至1050℃，保持30s得終產(chǎn)品。
將采用本發(fā)明實(shí)施例制得的產(chǎn)品和對(duì)照組制得的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比：平均石墨烯產(chǎn)率較對(duì)照組提高了42.3％，單層石墨烯的產(chǎn)率較對(duì)照組提高了26.5％，導(dǎo)電系數(shù)較對(duì)照組提高了5.4倍。
以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。