[发明专利]一种镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料的制备方法，步骤如下：将氧化石墨烯、NiCl₂·6H₂O和去离子水混合，超声2.5‑3.5h，加入N₂H₄·H₂O，搅拌，反应溶液冷却到室温，再通过离心法析出Ni‑GPLs固体产物，用蒸馏水洗，过滤，干燥得到Ni‑GPLs；将Ni‑GPLs与Cu粉在乙醇溶液中混合，超声1.5‑2.5h，在旋转蒸发器中去除溶剂后，过滤干燥；采用火花等离子体烧结系统，将粉末混合物加工成块状复合材料，真空度为47‑49MPa，于520‑540℃下运行7‑9min，即得。该方法制备的镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料具有优异的力学性能，极限抗拉强度提高。

技术领域

本发明涉及一种镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

金属基体复合材料（metal matrix composites，MMCs）相比传统基体材料可显著增强复合材料的性能，如高强度、硬度和低密度等。碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）具有特殊性能，被认为是一个新的、有前途的增强材料。在MMCs中使用CNTs的研究已经取得重大进展，但仍有一些关键问题限制了它的实际应用，如在金属基体中CNTs的分散不均、加工过程中的不稳定性及其本身的高成本等问题。

石墨烯优异的性能引发科学界的研究热潮，掀起一场新的技术革命，成为21世纪最具研究价值和应用前景的材料。目前，石墨烯研究处于初期阶段，制备大量石墨烯的技术尚不成熟，但其优异的性能为复合材料的开发注入了一股新鲜动力。充分发挥石墨烯的优势，制备出高性能的Cu基体复合材料引起了越来越多研究者的关注。与CNTs相比，石墨烯具有类似的内在特性，但其价格更低、性能更稳定，因此相比于在MMCs中使用CNTs，石墨烯是一种较好的替换物。

石墨烯在MMCs中有效发挥其效果的关键是均匀分散和有效的石墨烯与金属基界面结合。粉末冶金结合液态超声波处理和固态搅拌并在分子水平上混合的方法能有效解决这些问题。由于添加了石墨烯，石墨烯-MMCs的力学性能显著增强。另一方面，金属纳米粒子（G-NPs）修饰石墨烯纳米颗粒最近成为一个热门研究话题。金属粒子可与石墨烯很好地结合，有效解决石墨烯分离问题，原因是负载纳米粒子可以限制石墨烯聚合。此外，附加的G-NPs将增加粘附接触点，因此提高石墨烯金属基的相互连接性。这种混合的纳米结构能降低石墨烯和金属基体之间的密度不匹配问题，从而在复合材料制备加工过程中有效防止两相分离，这为石墨烯有效融合进MMCs打开一个新途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料的制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：

一种镍纳米粒子修饰的石墨烯加强铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：将20-30份氧化石墨烯、35-45份NiCl₂·6H₂O和90-100份去离子水混合在一个烧瓶中，超声处理2.5-3.5h，慢慢加入5-15份N₂H₄·H₂O，搅拌50-60min，反应溶液冷却到室温，再通过离心法析出Ni-GPLs固体产物，用蒸馏水洗4-6次，过滤，65-75℃真空干燥47-49h得到Ni-GPLs；将5-15份Ni-GPLs与20-30份Cu粉在75-85份乙醇溶液中混合，超声处理1.5-2.5h，在旋转蒸发器中去除溶剂后，混合粉末在65-75℃下过滤干燥；采用火花等离子体烧结系统，将粉末混合物加工成块状复合材料，真空度为47-49MPa，于520-540℃下运行7-9min，即得；各原料均为重量份。

优选地，所述的制备方法中，超声处理3h。

优选地，所述的制备方法中，搅拌55min。

优选地，所述的制备方法中，70℃真空干燥48h。