[发明专利]一种rGO/Cu复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种rGO/Cu复合材料及其制备方法。本发明以溶液燃烧法制得的多孔片状Cu₂O，采用换位策略制备了不同rGO含量的铜基复合材料。所制备氧化亚铜悬浮液与氧化石墨烯胶体混合时，带正电荷Cu₂O胶体被紧紧地吸附在带负电荷的GO胶体表表面，从而使GO实现均匀分散。rGO在还原过程中对粒子生长起抑制作用，确保粉末状rGO/Cu复合材料具有高的烧结活性，并有助于提高烧结过程的相对密度。晶粒细化和位错阻力机制下，rGO在铜基体中均匀分散，增强了rGO/Cu复合材料。

技术领域

本发明涉及一种rGO/Cu复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

石墨烯作为铜基复合材料的增强，由于其巨大的理论比表面积(2630m²g^-1)、高的热导率(3000-5000W m^-1K^-1)、良好的电导率(106S m^-1)，高杨氏弹性模量(1TPa)和优异的拉伸强度(125GPa)，近年来越来越受到关注。石墨烯增强铜基复合材料有望成为高强度导电铜基复合材料的高端应用领域。但由于对金属的亲和力差，很难实现原始石墨烯的均匀分散和良好的界面结合。以前大多数关于石墨/铜复合材料的研究中，由于羟基和环氧基团使其分散比纯净的石墨烯更容易(PG)，因此主要用氧化石墨烯(GO)通过溶液方法然后原位还原成石墨烯层前体(rGO)或者化学或热方法来制备石墨烯复合材料。已证实这种氧原子在rGO和铜之间形成的键接取代了简单的机械结合，粘接强度大大提高了。

迄今为止，粉末冶金是制备还原氧化石墨烯增强铜基复合材料最为广泛的技术。该技术的关键在于如何制备均匀分散的石墨烯复合粉体。然而，过去几年将石墨烯混入铜粉的努力，无论是通过原位生长或换位杂交策略，都未能获得石墨烯在基体中均匀分散的粉体。对于原位生长策略，由于GO的亲水官能团所提供的成核位点有限，其表面不能完全覆盖纳米晶。此外，在典型的分子水平的混合方法过程(原位生长策略的主要方法)，NaOH溶液是用来防止GO在与Cu²⁺形成化学键之前被还原，但加热后它会迅速还原GO和铜离子，产生与化学键合相反的效果，而且很难被完全删除。换位杂交涉及石墨烯纳米片和预先合成或市售基体粉末^[19]在溶液中的混合，但研究人员主要聚焦于雾化球形铜粉或树枝状电解铜的混合上。这些微米级商用铜粉比表面积小，具有疏水性，与具有相当大表面积的亲水性GO片不相容。为了解决不兼容，经常使用桥接两种成分混合、改善GO在铜颗粒中分散性的表面活性剂对铜粉进行表面改性。此外，微米级商用铜粉由于其比表面积小，GO含量高时难以均匀分布。因此，制备更合适的起始基体对改善GO的分散以及GO与Cu的界面键合都是十分必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种rGO/Cu复合材料及其制备方法，改善rGO的分散，充分发挥rGO对复合材料的增强作用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种rGO/Cu复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、通过溶液燃烧法制备多孔片状氧化亚铜；

将上述多孔片状氧化亚铜超声分散于水中，制成浓度为0.08-0.12g/mL的氧化亚铜悬浮液，备用；

将氧化石墨烯超声分散于水中，制成浓度为0.08-1.2mg/mL的氧化石墨烯胶体悬浮液，备用；

S2、将步骤S1中的氧化亚铜悬浮液和氧化石墨烯胶体悬浮液混合，超声处理20-45min

后，依次过滤、清洗，真空干燥，获得粉末状GO/Cu复合材料；

其中，氧化亚铜悬浮液和氧化石墨烯胶体悬浮液的体积比为1：0.1-10；

S3、将步骤S2中获得的GO/Cu复合材料置于氢气气氛下，还原，获得粉末状rGO/Cu