[发明专利]一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统，涉及石墨烯包覆金属技术领域，包括以下步骤：(1)将金属电极与火花混合烧蚀装置的阳极端连接，将石墨电极与火花混合烧蚀装置的阴极端连接；(2)将气体通入火花混合烧蚀装置中，启动火花混合烧蚀装置，金属电极和石墨电极发生火花烧蚀反应，分别形成纳米金属颗粒和石墨烯薄片；(3)石墨烯薄片和纳米金属颗粒通过气体混合碰撞，使石墨烯薄片包覆在纳米金属颗粒的表面，形成石墨烯包覆金属材料。本发明的制备方法具有制备难度低、不引入杂质和有害物质的优点，且制备得到的石墨烯包覆金属材料粒径可控，纯度高，解决了现有技术制备难度高、容易引入金属杂质或有害物质的问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯包覆金属技术领域，尤其涉及一种石墨烯包覆金属材料的制备方法及其制备系统。

背景技术

石墨烯是一种由SP²杂化的碳原子紧密排列而成的蜂窝状晶体结构，并且只有一个原子尺度的单层石墨薄膜，是目前发现最薄的二维薄膜。石墨烯因其稳定的结构有着许多十分优异的特性，一是有着优异的导电性能，其电子迁移率比碳纳米管和硅晶体都高，且是硅的100倍，电阻率比铝、铜、银等金属材料低得多；二是优异的导热性能，其导热率是铜、银、金等金属材料的几十倍；三是优异的力学性能，其硬度高于金刚石，强度比优质钢高出100多倍。这些特性让石墨烯成为包覆金属材料的理想增强体，现有的实验已证明石墨烯包覆金属材料可提高金属材料的抗氧化性、机械性能和导电导热性能等。

目前制备石墨烯包覆金属的方法主要有化学气相沉积法、电沉积法和化学镀法。化学气相沉积法是以氢碳化合物作为石墨烯的气态碳源，将待包覆的金属放置待加热的石英舟中，同时在保护气氛下通过控制反应室的温度和气态碳源的流量从而制备出厚度可控的石墨烯包覆金属颗粒，该方法的金属需要提前制备或者把金属基体在反应室中加热析出，且化学气相沉积法对原料、设备、反应温度和反应类型十分苛刻；电沉积法是对预镀覆的金属离子和氧化石墨烯通直流电进行电离，从而使待包覆金属和石墨烯同时在阴极析出，电沉积法工艺简单，成本低效率高，但制备的石墨烯包覆金属材料均一性较差，容易引入金属杂质，影响性能。化学镀法是利用还原剂将溶液中的金属离子还原在石墨烯基体表面上，再对石墨烯进行洗涤、干燥等工艺获得石墨烯包覆金属颗粒，此过程镀覆时间长，洗涤干燥过程繁琐，并产生的无机废液对环境不友好。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种石墨烯包覆金属材料的制备方法，具有制备难度低、不引入杂质和有害物质的优点，且制备得到的石墨烯包覆金属材料粒径可控，纯度高，解决了现有石墨烯包覆金属材料的制备方法制备难度高、容易引入金属杂质或有害物质的问题。

本发明的另一目的在于提出一种石墨烯包覆金属材料的制备系统，具有制备难度低和容易实现大规模生产的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯包覆金属材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属电极与火花混合烧蚀装置的阳极端连接，将石墨电极与火花混合烧蚀装置的阴极端连接；

(2)将气体通入火花混合烧蚀装置中，启动火花混合烧蚀装置，金属电极和石墨电极发生火花烧蚀反应，分别形成纳米金属颗粒和石墨烯薄片；

(3)所述石墨烯薄片和纳米金属颗粒通过气体混合碰撞，使所述石墨烯薄片包覆在所述纳米金属颗粒的表面，形成石墨烯包覆金属材料。

进一步的，所述火花混合烧蚀装置的电压为0.7～1.0kV，电流为7.5～9mA。

进一步的，所述金属电极和所述石墨电极的间隙为0.9～1.2mm。

进一步的，在所述步骤(2)中，通入所述火花混合烧蚀装置内的气体的压力为1bar～5bar，流量为0.5L/min～5L/min。