CN106699172A - 一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，所述的方法具体为：在超声作用下将石墨烯量子点和/或石墨烯微片与纳米氧化锆进行混合研磨剪切，然后将混合物干燥后经过激光淬化、提炼得到复合材料。本发明的目的为提供一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法，本发明制备得到的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料具有高硬度、高强度、电阻率低，易被加工使用的优越性能。

Description

一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及石墨烯领域，特别是一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法。

背景技术

单层石墨烯片是由一层密集的碳六元环构成的，没有任何结构缺陷，它的厚度为0.35nm左右，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。同时，它也是组成其他碳族材料的基本单元，能够通过翘曲得到零维的富勒烯、卷曲得到一维的碳纳米管和堆叠得到三维的石墨。石墨烯中最基本的重复周期单元是有机化学中最为稳定的苯环结沟，它是当前为止最好的二维纳米材料。现实中制备的石墨烯不仅存在单层的，也有多层的。由于其结构独特，石墨烯的各类性质也非常优异。

其是世界上最薄最轻的物质，厚度最薄可达0.34nm，比表面积为2630m2/g，室温下的载流子迁移率约为20万(cm2/vs)，己知强度最高的材料之一，比金刚石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。同时它又拥有很好的韧性，且可以弯曲，理想石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，断裂强度为130GPa。导热系数高达5000W/mK，是目前为止最高的。目前，国内外研究人员在石墨烯材料的复合，修饰应用方面进行了较多研究，如中国专利申请号：CN201610825355.3公布了一种氧化镍/氧化石墨烯复合材料的制备方法，它为了解决现有制备金属氧化物/石墨烯复合材料中的金属氧化物颗粒大且粒径不均匀以及比电容较低的问题。中国专利申请号：CN201610821003.0，公布了一种羟基氧化铁/氧化石墨烯复合材料的制备方法及其应用。羟基氧化铁/氧化石墨烯复合材料是由氧化石墨烯的悬浊液和羟基氧化铁的悬浊液在按照体积比1:1～2混合、分散后通过水热法复合而成。中国专利申请号：CN201610804294.2，公开了一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法。该方法主要包括将废旧磷酸铁锂电池正极片通过有机溶剂浸泡、超声波处理、球磨、焙烧、淬火、与导电炭黑混合焙烧得到磷酸铁锂材料；然后将天然鳞片石墨和硝酸钠加入到硫酸溶液中，通过高锰酸钾等氧化得到氧化石墨烯；最后将得到的磷酸铁锂材料和氧化石墨烯混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮为分散剂，球磨即得磷酸铁锂/石墨烯复合材料。中国专利申请号：CN201610768001.X，公开了一种二硫化锡/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得二硫化锡在石墨烯表面直接进行原位生长，经过洗涤，干燥获得片状二硫化锡/石墨烯复合材料，该材料应用于锂离子电池负极材料，有效地提高材料的稳定性以及导电性，提升电池性能，具有循环稳定性好，比能量密度高等优点。中国专利申请号：CN201610763257.1，公开了一种三氧化二铁/石墨烯复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得三氧化二铁纳米颗粒均匀负载在三维石墨烯的表面和孔道结构中，经过洗涤，干燥获得三氧化二铁/石墨烯复合材料，该材料应用于锂离子电池，具有高容量、循环寿命长、低成本以及易大规模生产等优异性能。中国专利申请号：CN201610764913.X，公开了一种硫化锰/石墨烯纳米复合材料的制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，制备方法步骤包括水热工序、复合工序，本发明制备方法使得硫化锰在石墨烯表面直接进行原位生长，经过洗涤，干燥获得硫化锰/石墨烯复合材料，本发明通过硫化锰和三维还原氧化石墨烯复合来克服其体积变化导致的稳定性差等缺点，增强其导电性，从而提高锂离子电池的性能，该材料应用于锂离子电池负极材料，有着循环稳定性好，比能量密度高等优点。中国专利申请号：CN201610748848.1，涉及一种具有层次性多孔空心微球状结构的二硫化钼/石墨烯复合材料及其合成方法，属于微纳米复合材料制备与合成的技术领域。该复合材料作为超级电容器电极材料使用时具有大的比电容和优异的循环充放电稳定性，展示出了广阔的应用前景。中国专利申请号：CN201610594377.3，公开了一种负载有纳米银的氟化石墨烯复合材料的制备方法，得到的复合材料具有优良性能。中国专利申请号：一种电化学性能优异的锰钴硫化物/石墨烯复合材料制备工艺，该制备工艺中电化学沉积采用三电极体系，工作电极为三维石墨烯泡沫，对电极为铂片，参比电极为Ag/AgCl标准电极。本工艺操作简便，制备的物质结构稳定，改变参数可以改变物质的形貌，进而提升材料的电化学性能，可用于大面积制备电极材料。

综上所述，尽管将石墨烯及其复合材料和技术应用到较多领域，并获得性能改善和提升，但具有高硬度高强度的石墨烯由于表面活性能高，分子间的作用力以及化学键作用强而必然容易发生团聚。因此，在制备成石墨烯复合材料的时候由于发生叠层和团聚，不能充分体现石墨烯材料的高硬度、高强度和高导热的性能优势，这一问题限制了其在更大范围、更广阔领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料及其制备方法，本发明制备得到的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料具有高硬度、高强度、电阻率低，易被加工使用的优越性能，可广泛应用于牙齿种植、超级电钻等材料加工领域；电池、超级电容器储能材料领域；催化剂材料领域；散热材料领域；医学领域；涂料材料领域；导电油墨；光电、传感器材料领域；生物相关领域等。

本发明的技术方案为：一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，所述的方法具体为：在超声作用下将石墨烯量子点和/或石墨烯微片与纳米氧化锆进行混合研磨剪切，然后将混合物干燥后经过激光淬化、提炼得到复合材料。

在上述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法中，所述的混合研磨剪切操作具体为：将混合物在固相或液相条件下进行物理研磨剪切。

在上述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法中，当混合物在固相条件下进行研磨时，研磨压力为150MPa，研磨时间为45min。

在上述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法中，当混合物在液相条件下进行研磨时，研磨压力为200MPa，研磨时间为30min；

所述的液相为水、乙醇、丙酮、甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、甲醇、丙醇、丙酮、二氧六环、四氢呋喃、甲乙酮、正丁醇、乙酸乙酯、***、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、溴乙烷、苯、四氯化碳、二硫化碳、环己烷、己烷、煤油中的一种或多种可互溶的溶剂的组合。

同时本发明还提供一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料，通过如上述的方法制备得到。

本发明的有益效果如下：

本发明在超声作用下将石墨烯量子点、微片与氧化锆进行混合高压研磨、剪切，干燥后经激光处理进行淬化、提炼，促进分子重排、接枝融合。同时本发明公开了该石墨烯金属物质复合材料的制备方法。该发明制备的石墨烯纳米氧化锆复合材料，是在超声作用下石墨烯片层之间被打开，在激光作用下石墨烯材料与纳米氧化锆进行融合，得到的材料具有高硬度、高强度、电阻率低，易被加工使用的优越性能，可广泛应用于牙齿种植、超级电钻等材料加工领域；电池、超级电容器储能材料领域；催化剂材料领域；散热材料领域；医学领域；涂料材料领域；导电油墨；光电、传感器材料领域；生物相关领域等。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

具体实施例：

实施例1:

1)在超声探头作用下将石墨烯量子点与纳米氧化锆粉末进行混合，采用高压液流法高压研磨、剪切，压力为200MPa，时间为30分钟，制得复合浆体材料；

2)将制得的复合浆体材料进行真空干燥，压力为150Pa，干燥时间为60min；

3)将烘干后的粉体材料进行激光淬化、提炼，促进分子重排、接枝融合，得到层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料。

实施例2:

1)在超声波反应器作用下将石墨烯微片与纳米氧化锆进行混合，采用高压液流法高压研磨、剪切，压力为200MPa，时间为30分钟，制得复合浆体材料；

2)将制得的复合浆体材料进行真空干燥，压力为180Pa，干燥时间为60min；

3)将烘干后的粉体材料进行激光淬化、提炼，促进分子重排、接枝融合，得到层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料。

实施例3:

1)在超声探头作用下将石墨烯微片与纳米氧化锆粉末进行混合，采用物理法高压研磨、剪切，压力为150MPa，时间为45分钟，制得复合粉体材料；

2)将制得的复合浆体材料进行真空干燥，压力为300Pa，干燥时间为15min；

3)将烘干后的粉体材料进行激光淬化、提炼，促进分子重排、接枝融合，得到层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的方法具体为：在超声作用下将石墨烯量子点和/或石墨烯微片与纳米氧化锆进行混合研磨剪切，然后将混合物干燥后经过激光淬化、提炼得到复合材料。

2.根据权利要求1所述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的混合研磨剪切操作具体为：将混合物在固相或液相条件下进行物理研磨剪切。

3.根据权利要求2所述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：当混合物在固相条件下进行研磨时，研磨压力为150MPa，研磨时间为45min。

4.根据权利要求2所述的层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料的制备方法，其特征在于：当混合物在液相条件下进行研磨时，研磨压力为200MPa，研磨时间为30min；

所述的液相为水、乙醇、丙酮、甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、甲醇、丙醇、丙酮、二氧六环、四氢呋喃、甲乙酮、正丁醇、乙酸乙酯、***、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、溴乙烷、苯、四氯化碳、二硫化碳、环己烷、己烷、煤油中的一种或多种可互溶的溶剂的组合。

5.一种层铸成型石墨烯纳米氧化锆复合材料，其特征在于，通过如权利要求1-4任一所述的方法制备得到。