[发明专利]一种核壳结构石墨烯包覆粉体的制备方法

说明书

本发明提供了一种核壳结构石墨烯包覆粉体的制备方法：(1)将待包覆粉体与高纯石墨球同时加入三维振动混粉机进行三维振动混粉；(2)将三维振动混粉后的粉体进行放电等离子体活化烧结，得到核壳结构石墨烯包覆粉体；本发明方法简单新颖、操作方便易行，采用三维振动混粉使待包覆粉体与石墨球间形成摩擦与剪切力，对石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在粉体上，实现石墨烯在基体粉末表面的原位生成，然后进行放电等离子体活化烧结；制备出的石墨烯包覆粉体具有均匀、完整的核壳结构，且石墨烯与粉末基体间结合牢固，可使以核壳结构石墨烯包覆粉体为前驱体制备的结构材料和功能材料的机械性能、电学性能及热学性能大幅度提高。

技术领域

本发明属于石墨烯增强结构材料和功能材料制备技术领域，具体涉及一种核壳结构石墨烯包覆粉体的制备方法。

背景技术

石墨烯由于其优异的机械性能、电学性能和热学性能，一经发现就成为了各个领域研究的热门材料，在众多领域内有着巨大的应用潜力。由于石墨烯的优良性能，科研人员考虑把石墨烯作为增强体加入到基体材料中，改善材料性能。但由于石墨烯层与层之间强烈的π-π键和疏水作用力使得其极易团聚，给石墨烯的制备和在基体中的均匀分散带来了困难，同时由于石墨烯与大多数基体之间的润湿性较差，导致界面结合的作用力也比较弱。因此，实现石墨烯改性材料的工业化制备及其商业应用仍面临巨大挑战。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可用于石墨烯增强结构材料和功能材料的核壳结构石墨烯包覆粉体的制备方法，将待包覆粉体作为基体与高纯石墨球一起加入三维振动混粉机，通过三维振动混粉使待包覆粉体与石墨球间产生摩擦与剪切力，对石墨球进行机械剥离的同时将剥离下来的单层或少层石墨烯均匀包覆在粉体上，然后对粉体进行放电等离子体活化烧结，制备的石墨烯包覆粉体具有均匀、完整的核壳结构；采用本发明提供的制备工艺，简单有效地解决了目前在石墨烯制备、石墨烯在基体中的均匀分散以及石墨烯与基体间的界面有效结合三个方面存在的重大问题，为石墨烯在结构材料、功能材料的广泛应用提供了简便有效的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核壳结构石墨烯包覆粉体的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：

①称取质量为m待包覆粉体与适量高纯石墨球加入三维振动混粉机中，利用三维振动混粉机对待包覆粉体与高纯石墨球的混合物进行振动混粉，待包覆粉体与高纯石墨球的初始加入量之比为0.1:1～10:1，振动频率为5～200Hz，振动时间为5min～72h；

②混粉结束后，将高纯石墨球取出，称量高纯石墨球的质量，通过调整三维振动混粉的振动频率和混粉时间来控制高纯石墨加入量m₀，其中，m和m₀的定量关系按照所需包覆石墨烯层数的要求利用比表面积进行定量计算；

步骤2：

将三维振动混粉后的粉体加入到模具中，置入活化烧结炉中进行烧结，烧结温度为200～2900℃，升温速率为10～100℃/min，烧结压力为0.2～2MPa，保温时间为5min～20min，炉冷至室温，即得到核壳结构石墨烯包覆粉体。

优选地，所述待包覆粉体为金属单质粉、金属合金粉、陶瓷粉、非金属单质粉、无机盐粉或有机树脂粉。

优选地，所述的石墨加入量设计为：m₀＝2Smn/S₀，

其中m₀—高纯石墨加入量g；S—待包覆粉体比表面积m²/g；m—待包覆粉体加入量g；n—石墨烯包覆层数；S₀—单层石墨烯比表面积m²/g。

优选地，三维振动混粉在大气中进行或在真空中进行或在保护气氛下进行。优选地，采用放电等离子体活化烧结方法对粉体进行活化烧结。