[发明专利]一种铜/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种铜/石墨烯复合材料的制备方法。首先，采用化学气相沉积法在清洗、抛光后的压延铜箔上制备石墨烯薄膜，利用磁控溅射镀膜仪在SiO₂/Si片上镀一层厚度在400~700nm的铜膜，制备出铜膜/SiO₂/Si样品。然后，把采用化学气相沉积法制备好的石墨烯薄膜利用腐蚀基底法转移到铜膜/SiO₂/Si样品表面，制备出石墨烯/铜膜/SiO₂/Si样品。其次，再在石墨烯薄膜/铜膜/SiO₂/Si样品表面磁控溅射一层450~550nm的铜膜，得到铜膜/石墨烯/铜膜/SiO₂/Si样品。最后，再次将化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜转移到上述复合材料表面。如此往复制备、转移石墨烯和溅射铜薄膜，最终得到四层铜膜和三层石墨烯薄膜的纳米夹层复合材料。本发明制备方法简单，操作方便，成本低，有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于材料学领域，涉及一种复合材料，具体来说是一种铜/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种碳原子以sp2杂化的方式形成的新型二维单原子层的原子晶体，有着物理、化学、机械等多方面而奇特的性质。尤其是石墨烯具有优异的力学性能，其杨氏模量约为1TPa，与单壁碳纳米管相当强度约为130180 GPa，是目前世界上发现的强度最高的材料之一。近几年很多研究者都对石墨烯有了很多方面的研究，石墨烯的应用有着广泛的前景。虽然石墨烯在很多领域都有着广泛并有意义的应用进展，但是石墨烯基复合材料的研究和应用目前还比较少。

石墨烯优良的力学性能致使石墨烯成为复合材料的增强体和增强相。Zhao等人利用溶液混合法制备出石墨烯/聚乙烯醇（PVA）复合材料，其中石墨烯的含量是1.8vol%，其力学性能中的抗拉强度提高了150%，杨氏模量是原来的10倍左右。同样利用溶液混合法，Vadukupully等人制备出石墨烯/聚氯乙烯复合材料，石墨烯的含量为2wt%，其力学性能中抗拉强度提高了130%，杨氏模量提高了58%。Ramanathan等人制备出了石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料，当石墨烯的占有量从0.01wt%增加到1wt%时，该复合材料的杨氏模量从33%增加到80%，这些均比理论计算值提升了很多倍。

然而，现在研究者们对石墨烯复合材料的研究的应用领域还比较窄，主要集中在能量储存、催化、转化和高分子复合材料方面，而对石墨烯增强金属基复合材料的研究还比较少，所以这种复合材料的研究和应用十分有前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜/石墨烯复合材料的制备方法，所述的这种铜/石墨烯复合材料的制备方法要解决现有技术中的石墨烯在复合材料中分散不佳和界面结合等技术问题。

本发明提供了一种铜/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：分别用丙酮，乙醇，去离子水超声清洗压延铜箔，然后用体积分数为25%的盐酸超声清洗所述的压延铜箔，最后用乙醇再超声清洗铜箔；

步骤二：包括一个电化学抛光的步骤，将步骤一处理后的铜箔进行抛光；

步骤三：包括一个采用化学气相沉积法在铜箔表面制备石墨烯薄膜的步骤，将处理过的压延铜箔放至管式炉的中央区，按下面的条件完成生长：在H₂ 300sccm和Ar3000sccm的气氛下以10℃/min的升温速率将铜箔加热到900~1000℃，保温0.5～1h完成铜箔退火；然后进入石墨烯生长阶段，温度仍然是900~1000℃，通入氩气和乙烯的混合气体，流量为10～20sccm、时间为30~50s；最后在H₂ 30～50sccm和Ar 3000～4000sccm气体氛围下，随炉降温至室温，石墨烯薄膜的生长结束；