專利名稱：多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是涉及一種多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料及其制備方法，所述多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料主要用于光伏、導(dǎo)電材料、散熱等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨烯自被成功分離，就因其優(yōu)異的物理特性引起科學(xué)界的廣泛興趣。作為世界上導(dǎo)電性最好的材料，石墨烯中的電子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的傳導(dǎo)速度。根據(jù)其優(yōu)異的導(dǎo)電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應(yīng)用潛力。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，把石墨烯作為導(dǎo)電材料與各種物質(zhì)復(fù)合，應(yīng)用到新能源領(lǐng)域如光伏，儲(chǔ)能領(lǐng)域如鋰離子電池和超級(jí)電容器，散熱、導(dǎo)電等領(lǐng)域中。由于其高傳導(dǎo)性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑。目前，石墨烯的研究和制備大多集中在低維石墨烯，尤其是二維薄膜石墨烯薄膜方面，對(duì)三維石墨烯的研究上需要進(jìn)一步的探索。而三維多孔石墨烯及其復(fù)合材料的制備更是由于受制于多孔基底的限制，孔徑無法調(diào)整，制備工藝復(fù)雜，孔隙率低。如何制備孔徑可調(diào)，工藝簡(jiǎn)單高質(zhì)量的三維多孔石墨烯及三維石墨烯復(fù)合材料成為了急需要解決的問題。本發(fā)明得到的產(chǎn)物能應(yīng)用于儲(chǔ)能，光伏，散熱等諸多領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
為了導(dǎo)電陶瓷材料的導(dǎo)電性能，本發(fā)明原創(chuàng)性的提出一種石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料及其制備方法，其中，所述導(dǎo)電材料由石墨烯和多孔復(fù)合陶瓷組成。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，所述方法包括:(a)將一種或多種陶瓷粉體和一種或多種金屬粉體研磨成為粒徑不均勻的陶瓷粉體和金屬粉體；(b)將一種或多種陶瓷粉體與一種或多種金屬粉體混合均勻；(C)在混合均勻的粉體中加入粘結(jié)劑，研磨混合均勻并烘干，形成烘干后的樣品；(d)將所述烘干后的樣品在模具中機(jī)械壓片，獲得多孔的基底；(e)將所述多孔的基底高溫退火成型，獲得多孔的陶瓷基底；(f)通過化學(xué)氣相沉積方法在所述多孔的陶瓷基底上直接生長(zhǎng)石墨烯，獲得石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述陶瓷粉末為選自二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化娃、氧化錯(cuò)、碳化硼和其組合的粉末；所述金屬粉體是選自Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V 和 Rh 中的一種或多種。在本發(fā)明實(shí)施方式中 ，所述粘結(jié)劑為丙二醇、聚偏氟乙烯(PVDF)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEG(聚乙二醇)、PVA(聚乙烯醇)以及它們的混合溶劑。其中，所述粘結(jié)劑占粉體質(zhì)量的0.1% -99%。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述模具的內(nèi)徑在7mm-250mm之間；所述機(jī)械壓片在IMPa-1OOMPa的壓強(qiáng)范圍下進(jìn)行I分鐘_60分鐘。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中，所述方法還包括將機(jī)械壓片后的多孔基片邊緣的凸起清除。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述高溫退火的溫度在800-1600°C之間，保溫時(shí)間在0.5小時(shí)-20小時(shí)之間。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述化學(xué)氣相沉積法所采用的碳源包括:甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它們的混合氣；采用的保護(hù)氣包括:氮?dú)?、氬氣、氦氣以及它們的混合氣；以及采用的還原氣體為氫氣。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述化學(xué)氣相沉積法包括:(a)程序升溫，升溫速率在0.5-200C /分鐘；加熱至反應(yīng)溫度600-140(TC，恒溫1-240分鐘；(b)然后導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為1-SOOsccm(標(biāo)況毫升每分鐘)，反應(yīng)時(shí)間1-480分鐘；(c)反應(yīng)完畢后，控制降溫速率為10-50°C /分鐘，冷卻至室溫。在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種三維多孔石墨烯材料的制備方法，所述方法包括:(a)將一種或多種陶瓷粉體和一種或多種金屬粉體研磨成為粒徑大小不均的陶瓷粉體和金屬粉體；(b)將一種或多種陶瓷粉體與一種或多種金屬粉體混合均勻；(C)在混合均勻的粉體中加入粘結(jié)劑，研磨混合均勻并烘干，形成烘干后的樣品；(d)將所述烘干后的樣品在進(jìn)行成型，獲得多孔的基底；(e)將所述多孔的基底高溫退火成型，獲得多孔的陶瓷基底；(f)通過化學(xué)氣相沉積方法在所述多孔的陶瓷基底上直接生長(zhǎng)石墨烯，獲得石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料；和(g)通過骨架刻蝕的方法，去除作為骨架的多孔的陶瓷基底，得到三維多孔石墨烯。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述陶瓷粉末為選自二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化娃、氧化錯(cuò)、碳化硼和其組合的粉末；所述金屬粉體是選自Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V 和 Rh 中的一種或多種。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑為丙二醇、聚偏氟乙烯(PVDF)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEG(聚乙二醇)、PVA(聚乙烯醇)以及它們的混合溶劑。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述粘結(jié)劑占粉體質(zhì)量的0.1% -99%。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述成型通過機(jī)械壓片法、旋涂法、刮涂法進(jìn)行；優(yōu)選機(jī)械壓片法，其中，所用的模具的內(nèi)徑在7mm-250mm之間；所述機(jī)械壓片在IMPa-1OOMPa的壓強(qiáng)范圍下進(jìn)行I分鐘-60分鐘。在本發(fā)明實(shí)施方式中， 所述方法還包括將機(jī)械壓片后的多孔基片邊緣的凸起清除。在本發(fā)明實(shí)施方式中，高溫退火的溫度在800-1600°C之間，保溫時(shí)間在0.5小時(shí)-20小時(shí)之間。在本發(fā)明實(shí)施方式中，化學(xué)氣相沉積法所采用的碳源包括:甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它們的混合氣；采用的保護(hù)氣包括:氮?dú)狻鍤?、氦氣以及它們的混合氣；以及采用的還原氣體為氫氣。在本發(fā)明實(shí)施方式中，所述化學(xué)氣相沉積法包括:(a)程序升溫，升溫速率在0.5-200C /分鐘；加熱至反應(yīng)溫度600-1400℃，恒溫1-240分鐘；(b)然后導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為l-800sccm，反應(yīng)時(shí)間1-480分鐘；(c)反應(yīng)完畢后，控制降溫速率為10-50°C /分鐘，冷卻至室溫。在本發(fā)明實(shí)施方式中，將所述石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料在有機(jī)物保護(hù)下放入刻蝕液中去除作為骨架的多孔的陶瓷基底，得到三維多孔石墨烯。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，將石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料先用PMMA保護(hù)下，放入lmol/L的HCl溶液中去除復(fù)合陶瓷骨架；然后在丙酮溶液中溶去PMMA，得到多孔石墨烯。另一方面，本發(fā)明還提供上述制備方法制的多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料，其中所述多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料由石墨烯或石墨烯和多孔復(fù)合陶瓷組成。再一方面，本發(fā)明提供上述多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料在光伏、導(dǎo)電材料、散熱器件中的應(yīng)用。本發(fā)明公開了的多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，過程易控制，導(dǎo)電性能優(yōu)異，不需要在真空條件下實(shí)施背接觸層的沉積，設(shè)備投資少，可以大規(guī)模生產(chǎn)。此外，多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料用作導(dǎo)電基底獲得了方塊電阻低于0.2 Ω /sq (歐姆/平方)的優(yōu)異導(dǎo)電性能。


圖1:本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的掃描電鏡照片。圖2:本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中石墨烯的拉曼(Raman)光譜。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，所述多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法以高純的二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋯和碳化硼等材料的粉體作為基材；從金屬粉體 Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V、Rh 等中選出一種或多種，以一定的比例與一種或多種陶瓷粉充分混合均勻，通過機(jī)械壓片的方法得到多孔基底，經(jīng)過高溫退火得到多孔的陶瓷材料。利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法宏量制備石墨烯的方法，得到一種石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料。該復(fù)合導(dǎo)電材料的制備工藝簡(jiǎn)單，導(dǎo)電性能優(yōu)異，環(huán)境友好，取材廣泛。該石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備具有原創(chuàng)性和積極的科學(xué)意義，并能應(yīng)用到光伏、導(dǎo)電、散熱等諸多領(lǐng)域。本發(fā)明所述石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料是由石墨烯沉積在多孔復(fù)合陶瓷基底上而得到的復(fù)合材料，其制備方法具體如下:(I)以市售高純的二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋯和碳化硼等材料的陶瓷粉體作為基材，從金屬粉體 Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V、Rh等中選出一種或多種，以一定的比例與一種或多種陶瓷粉充分混合均勻；通過加入適量的粘結(jié)劑，經(jīng)研磨、烘干后得到壓片材料。稱量適量的粉體材料，放入磨具中，在適當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)下壓片并保壓適量的時(shí)間。壓制成型后的基片從模具中取出，通過清理邊緣凸起得到平整的圓片狀基片。將基片在高溫爐中退火成多孔陶瓷。(2)將退火后的陶瓷放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，密封并檢查高溫反應(yīng)室氣密性，在保護(hù)氣氛下排出高溫反應(yīng)室中殘余氣體，然后進(jìn)行程序升溫，升溫速率在0.5-200C /分鐘。加熱至反應(yīng)溫度600-1300°C，恒溫1-180分鐘后，導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為l-800sccm，反應(yīng)時(shí)間1-180分鐘，反應(yīng)完畢，控制降溫速率為10_50°C /分鐘，冷卻至室溫。為了制得三維石墨烯材料，再進(jìn)行以下步驟:(3)將石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料先用PMMA保護(hù)下，放入0.5mol/L的HF溶液中去除復(fù)合陶瓷骨架；然后在丙酮溶液中溶去PMMA，50°C烘干后得到多孔石墨烯。所述步驟(I)中，多孔復(fù)合陶瓷的制備需要的材料為二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅、氧化鋯和碳化硼等材料，經(jīng)過球磨適當(dāng)?shù)臅r(shí)間得到顆粒均勻的粉體。所述步驟(I)中，所需要的金屬粉體為Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V、Rh等。從中選出一種或多種，以一定的質(zhì)量比例與一種或多種陶瓷粉體混合，金屬粉體的質(zhì)量占粉體混合的比例控制在1% -20%之間，經(jīng)球磨一定的時(shí)間將其充分混合均勻。所述步驟(1)中，在粉體中加入粘結(jié)劑為丙二醇、聚偏氟乙烯(PVDF)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、PEG(聚乙二醇)、PVA(聚乙烯醇)等或者它們的混合溶劑。其比例占粉體質(zhì)量的0.1%-99%。充分研磨后真空干燥一定時(shí)間。所述粘結(jié)劑優(yōu)選PVA溶劑。所述步驟(1)中，稱量適量的混有粘結(jié)劑的粉體材料，加入到壓片模具(模具的內(nèi)徑在7mm-250mm之間)中，在壓片機(jī)中壓片。調(diào)節(jié)適度的壓強(qiáng)，壓強(qiáng)范圍在IMPa-1OOMPa之間；保壓一定的時(shí)間，時(shí)間范圍在I分鐘-60分鐘之間。將壓好的基片清除邊緣的凸起后等待后續(xù)反應(yīng)。所述步驟(1)中，在高溫爐中進(jìn)行高溫退火的溫度在1000-1600°C之間，保溫溫度在0.1-10小時(shí)之間。優(yōu)選溫度為1250°C，1300°C或1350℃。所述步驟⑵中，化學(xué)氣相沉積法所采用的碳源包括:甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它們的混合氣。采用的保護(hù)氣包括:氮?dú)?、氬氣、氦氣以及它們的混合氣。采用的還原氣體(分裂氣體)為氫氣。所述步驟(2)中，程序升溫，升溫速率在0.5-20°C /分鐘。然后進(jìn)行加熱至反應(yīng)溫度600-1400°C，恒溫1-240分鐘后，導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為l-800sccm，反應(yīng)時(shí)間1-480分鐘，反應(yīng)完畢，控制降溫速率為10-50°C /分鐘，冷卻至室溫。所述步驟(3)中，有機(jī)保護(hù)劑為3 %的PMMA的苯甲醚溶液；刻蝕液為0.5mol/L的HF溶液。所制備的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料可應(yīng)用于光伏、導(dǎo)電材料、散熱器件等領(lǐng)域。
實(shí)施例下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。但是，應(yīng)該明白，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。下列實(shí)施例中未注明具體條件的試驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數(shù)按重量計(jì)。實(shí)施例1將Al2O3加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的鎳粉進(jìn)行球磨I小時(shí)，并混合均勻。加入5%的粘結(jié)劑，通過充分研磨真空干燥，獲得干燥后樣品；稱取干燥后樣品0.3g、0.45g、0.6g放入內(nèi)徑IOmm的模具中，在5MPa、10MPa、15MPa、20MPa的壓強(qiáng)下保壓10分鐘、20分鐘、30分鐘。取出壓制好的基片，處理掉基片邊緣的凸起。將基片放入到高溫爐中，以10°C /分鐘的速度升溫至1300°C，保溫I小時(shí)后，自然冷卻至室溫。將多孔陶瓷裝入化學(xué)氣相沉積(CVD)反應(yīng)爐，通入lOOsccm氫氣和300sCCm氬氣，以I (TC /分鐘的升溫速度加熱至1100°C、1150°C、120(TC、125(rC，恒溫時(shí)間分別持續(xù)10分鐘、30分鐘、60分鐘，之后通入10sccm、20sccm、30sccm、40sccm甲燒，調(diào)節(jié)氫氣流量到50sccm,反應(yīng)時(shí)間分別30分鐘、60分鐘、150分鐘、180分鐘、210分鐘、240分鐘，300分鐘。反應(yīng)結(jié)束后停止通入甲烷，保持氫氣和氬氣的流量不變，控制降溫速率為10°C /分鐘降到400°C，然后自然冷卻到室溫。樣品的掃描電鏡照片和拉曼光譜如圖1和圖2所示。將樣品通過霍爾儀測(cè)試，發(fā)現(xiàn)樣品具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，方塊電阻最低為0.1572 Ω /Sq (歐姆/平方)。將得到的樣品先用PMMA保護(hù)，放入0.5mol/L的HF溶液中去除復(fù)合陶瓷骨架；然后在丙酮溶液中溶去PMMA，50°C烘干后得到多孔石墨烯。表1:多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的電學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，所述導(dǎo)電材料由石墨烯和多孔復(fù)合陶瓷組成，所述方法包括: (a)將一種或多種陶瓷粉體和一種或多種金屬粉體研磨成為粒徑大小不均的陶瓷粉體和金屬粉體； (b)將一種或多種陶瓷粉體與一種或多種金屬粉體混合均勻； (C)在混合均勻的粉體中加入粘結(jié)劑，研磨混合均勻并烘干，形成烘干后的樣品； (d)將所述烘干后的樣品在進(jìn)行成型，獲得多孔的基底； (e)將所述多孔的基底高溫退火成型，獲得多孔的陶瓷基底；和 (f)通過化學(xué)氣相沉積方法在所述多孔的陶瓷基底上直接生長(zhǎng)石墨烯，獲得石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述陶瓷粉末為選自二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋯、碳化硼和其組合的粉末；所述金屬粉體是選自 Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V 和 Rh 中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑為丙二醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇以及它們的混合溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑占粉體 質(zhì)量的0.1% -99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述成型通過機(jī)械壓片法、旋涂法、刮涂法進(jìn)行；優(yōu)選機(jī)械壓片法，其中，機(jī)械壓片法所用的模具的內(nèi)徑在7mm-250mm之間；所述機(jī)械壓片在IMPa-1OOMPa的壓強(qiáng)范圍下進(jìn)行I分鐘_60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述方法還包括將機(jī)械壓片后的多孔基片邊緣的凸起清除。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:高溫退火的溫度在800-1600°C之間，保溫時(shí)間在0.5小時(shí)-20小時(shí)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:化學(xué)氣相沉積法所采用的碳源包括:甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它們的混合氣；采用的保護(hù)氣包括:氮?dú)?、氬氣、氦氣以及它們的混合氣；以及采用的還原氣體為氫氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料的制備方法，其特征在于:所述化學(xué)氣相沉積法包括: (a)程序升溫，升溫速率在0.5-200C /分鐘；加熱至反應(yīng)溫度600-140(TC，恒溫1-240分鐘； (b)然后導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為l-800SCCm，反應(yīng)時(shí)間1-480分鐘； (c)反應(yīng)完畢后，控制降溫速率為10-50°C/分鐘，冷卻至室溫。
10.一種三維多孔石墨烯材料的制備方法，所述方法包括: (a)將一種或多種陶瓷粉體和一種或多種金屬粉體研磨成為粒徑大小不均的陶瓷粉體和金屬粉體；(b)將一種或多種陶瓷粉體與一種或多種金屬粉體混合均勻； (C)在混合均勻的粉體中加入粘結(jié)劑，研磨混合均勻并烘干，形成烘干后的樣品； (d)將所述烘干后的樣品在進(jìn)行成型，獲得多孔的基底； (e)將所述多孔的基底高溫退火成型，獲得多孔的陶瓷基底； (f)通過化學(xué)氣相沉積方法在所述多孔的陶瓷基底上直接生長(zhǎng)石墨烯，獲得石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料；和 (g)通過骨架刻蝕的方法，去除作為骨架的多孔的陶瓷基底，得到三維多孔石墨烯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述陶瓷粉末為選自二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋯、碳化硼和其組合的粉末；所述金屬粉體是選自 Cu、Ir、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、T1、Zr、Pd、Fe、Co、N1、V 和 Rh 中的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑為丙二醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇以及它們的混合溶劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑占粉體質(zhì)量的0.1% -99%。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述成型通過機(jī)械壓片法、旋涂法、刮涂法進(jìn)行；優(yōu)選機(jī)械壓片法，其中，所用的模具的內(nèi)徑在7mm-250mm之間；所述機(jī)械壓片在IMPa-1OOMPa的壓強(qiáng)范圍下進(jìn)行I分鐘-60分鐘。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述方法還包括將機(jī)械壓片后的多孔基片邊緣的凸起清除。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:高溫退火的溫度在800-1600°C之間，保溫時(shí)間在0.5小時(shí)-20小時(shí)之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:化學(xué)氣相沉積法所采用的碳源包括:甲烷、乙烯、乙炔、乙醇、乙烷、丙烷以及它們的混合氣；采用的保護(hù)氣包括:氮?dú)狻S氣、氦氣以及它們的混合氣；以及米用的還原氣體為氫氣。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:所述化學(xué)氣相沉積法包括: (a)程序升溫，升溫速率在0.5-200C /分鐘；加熱至反應(yīng)溫度600-140(TC，恒溫1-240分鐘； (b)然后導(dǎo)入碳源、氫氣和保護(hù)氣，氣體流量為l-800SCCm，反應(yīng)時(shí)間1-480分鐘； (c)反應(yīng)完畢后，控制降溫速率為10-50°C/分鐘，冷卻至室溫。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維多孔石墨烯材料的制備方法，其特征在于:將所述石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料在有機(jī)物保護(hù)下放入刻蝕液中去除作為骨架的多孔的陶瓷基底，得到三維多孔石墨烯。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述制備方法制的石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料，其中所述石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料由石墨烯和多孔復(fù)合陶瓷組成。
21.根據(jù)權(quán)利要求10-19任一項(xiàng)所述制備方法制的三維多孔石墨烯材料。
22.權(quán)利要求20所述石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料或者權(quán)利要求21所述三維多孔石墨烯材料在光伏、導(dǎo)電材料、散熱器件中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料與制備方法，其特征在于該方法包括將金屬粉體與陶瓷粉體材料混合均勻后用一定方式成型，形成多孔基底；采用化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)石墨烯，得到多孔石墨烯或石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料。本發(fā)明所述材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。本發(fā)明所用陶瓷材料為二氧化硅、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋯和碳化硼等材料；所用的金屬為Cu、lr、Pt、Mo、W、Zn、Nb、Ta、Ru、Ti、Zr、Pd、Fe、Co、Ni、V、Rh或其組合。該石墨烯/多孔復(fù)合陶瓷導(dǎo)電材料在現(xiàn)有技術(shù)中并未出現(xiàn)，而且，具有積極的技術(shù)效果和應(yīng)用，包括能應(yīng)用到光伏、導(dǎo)電、散熱等諸多領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01B13/00GK103219089SQ20121001593
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者黃富強(qiáng), 周密, 畢輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所