[发明专利]一种各向异性石墨烯金属复合导线及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有各向异性微结构的石墨烯/金属复合导线及其制备方法，该方法包括将涂布石墨烯的金属箔卷成卷或层叠，再热压或热等静压，最后进行挤压拉丝得到石墨烯/金属复合导线。本发明制得的各向异性石墨烯复合金属复合导线的金属相与石墨烯相紧密堆积，保持了重复交错的周期性排列结构，石墨烯层与金属层均平行于卷带的轴向或层叠的平面方向，使取向方向上导电、导热和力学性能都得到了显著的提升。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合金属材料，特别是一种各向异性石墨烯金属复合导线。

背景技术

随着复合金属材料在能源、电子、航空航天、车辆、船舶、建筑工程等众多领域的广泛应用。高性能复合金属材料及其制备工艺的发展成为了推动相关领域进步的重要条件。复合之后的金属材料能够在导电性、导热性、机械强度等性能上实现多方面的提升。近年来，石墨烯与金属的复合体系吸引了人们的关注。石墨烯是一种由碳原子构成的二维纳米材料，石墨烯因其巨大的比表面积、超高的机械强度、极佳的导电及导热性能等独特的结构特征，具备了优异的物理化学性能。石墨烯与金属的复合材料有望改善金属材料的力学、电学等性能，从而满足新型应用中的需求。

目前制备石墨烯/金属复合材料体系的方法主要包括熔融铸造法和粉末冶金法。采用传统熔融铸造法，由于石墨烯与金属之间的密度差异大、界面不润湿，石墨烯很难在金属熔融液内部均匀分散，此外，二者在材料制备过程中还有可能发生高温界面反应，生成会恶化材料性能的脆性相。采用传统的粉末冶金法存在的问题是石墨烯与在金属基体中不能均匀分散，容易出现团聚的现象，从而导致石墨烯在金属基体中难以形成连续相，会限制性能提高的效果。

现有技术中，所制备的石墨烯/金属复合材料均为各个方向上的性能指标相同上午各向同性结构，。在实际应用中，如导电、导热领域，常常需要考虑的是特定方向上的电和热的传递；如防护、抗冲击方面，材料的受力方向也常常发生在在特定方向上。因此，发展各向异性的石墨烯/金属复合材料，使复合材料体系的性能在特定方向上得到突出的提升，能够更好地满足实际应用中的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种各向异性石墨烯金属复合导线及其制备方法，该复合材料中石墨烯与金属相沿着特定方向排列，可实现材料的导电、导热、力学性能在取向方向上实现显著的提升。

实现本发明上述目的技术方案如下：

一种各向异性石墨烯金属复合导线的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备稳定分散的石墨烯涂布液；

(2)干燥所述石墨烯涂布液涂布的金属箔得到负载石墨烯薄膜的金属箔；

(3)将负载石墨烯薄膜的金属箔卷绕成卷或者层叠，热压或热等静压处理，得到各向异性的石墨烯金属复合材料；

(4)在挤压设备中沿材料的取向方向将所述石墨烯金属复合材料挤压成挤压杆，进一步拉拔丝得到石墨烯金属复合导线。

优选的，所述步骤(1)中涂布液的分散质包括从石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和化学修饰石墨烯中选出的一种或几种分散质。

优选的，所述步骤(1)涂布液中的石墨烯浓度不大于100mg/mL。

优选的，所述步骤(2)中所述涂布方法包括刮涂、浸涂、喷涂或悬涂。

优选的，所述步骤(2)中金属箔包括从铝箔、铜箔、银箔、金箔、锌箔、镍箔和锡箔选出的一种金属箔。

优选的，所述步骤(2)中金属箔的厚度为5～500微米。

优选的，所述步骤(2)中石墨烯薄膜的厚度不大于1微米。

优选的，所述步骤(4)中挤压设备为立式金属挤压机，包括承载机架以及从上向下设置在承载机架中间的移动工作台、支撑座、主缸、和导向单元；