CN107236972B - 一种利用电沉积法制备石墨烯/铜复合粉的方法 - Google Patents

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    • C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
    • C25C5/02—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions

Abstract

一种利用电沉积法制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是包括以下步骤：以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐、可溶性镍盐及氧化石墨烯的混合溶液为电解液，通直流电进行电沉积，保持一定的电流密度一段时间，将阴极上沉积所得产物用无水乙醇清洗产物，除去残留杂质，再放入真空干燥箱中进行烘干，研磨，得到石墨烯/铜复合粉。本发明解决了石墨烯均匀分散在铜基体中的难度大的问题，使得石墨烯均匀分布于铜基体上；制备出的石墨烯/铜复合粉形貌呈现为均匀的球形，且石墨烯以单层或少层的形式均匀分散在铜粉中；工艺简单，操作容易，成本低廉，制样和电沉积过程均无特殊设备要求。

Description

一种利用电沉积法制备石墨烯/铜复合粉的方法
技术领域
本发明属于金属粉末制备技术领域，涉及金属功能材料制备。
背景技术
石墨烯因具有极高的强度和优异的导电导热性能（强度为130 GPa，载流子迁移率为15000 cm2/V·s，导热系数为5300 W/m·K）而被认为是高强高导铜基复合材料的最佳强化相，但石墨烯均匀分散在铜基体中的难度大和石墨烯与铜的界面结合性能差是石墨烯强化铜基复合材料制备上的两大难题。
石墨烯强化铜基复合材料最常用的方法是球磨法，但球磨法不能解决以上两个问题。Kim等Kim W J, Lee T J, Han S H. Multi-layer graphene/copper composites:Preparation using high-ratio differential speed rolling microstructure andmechanical properties, Carbon, 69, pp55-65,2014.采用球磨结合异步轧制技术制备石墨烯铜基复合材料，即将石墨烯和铜粉通过高能球磨法混合，然后采用异步轧制技术轧制，制备出多层石墨烯增强铜基复合材料。尽管球磨结合轧制技术有利于石墨烯在铜基体中的分散性，也可以细化铜的晶粒和增加组织的均匀性，但解决不了石墨烯与铜的界面结合性能差的问题。Tang等Tang Y X, Yang X M, Wang R R, Li M X. Enhancement of themechanical properties of graphene-copper composites with graphene-nickelhybrids, Materials Science and Engineering A, 599, pp247-254, 2014.采用球磨的方法把Ni纳米粒子修饰的石墨烯片层和铜粉混合，可以一定程度上解决石墨烯均匀分散在铜基体中的难度大的问题和石墨烯与铜的界面结合性能差的问题。尽管Ni与石墨烯的结合性能比Cu和石墨烯的结合性能号，但Ni与石墨烯经烧结后不能形成主价键（金属键、离子键或者共价键）Xu Z P, Buehler M J. Interface structure and mechanics betweengraphene and metal substrates: a first-principles study, Journal of Physics:Condensed Matter, 22, pp485301, 2010，所以即使采用Ni修饰的石墨烯和铜粉混合也不能从根本上解决问题。李彬.石墨烯/铜基复合材料制备及性能研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学，2012.和李瑞宇. 石墨烯/铜复合材料的改进分子级混合方法制备、表征及性能研究[D]. 武汉: 武汉理工大学，2014.利用分子水平混合法及其改进型的分子水平混合法（对氧化石墨烯和铜离子混合溶液进行干燥后在H2中还原），得到了石墨烯均匀分布于铜粉中的石墨烯/铜复合粉，但烧结后的合金致密度低，合金强度和导电率都不是很理想。由此可见，尽管分子水平混合法可以解决石墨烯均匀分散在铜基体中难度大的问题，但并不能解决石墨烯与铜的界面结合性能差的问题。
由此可见，尽管石墨烯/铜复合粉的制备方法很多，但至今仍然没有一种实用的方法可以同时解决石墨烯均匀分散在铜基体中的难度大和石墨烯与铜的界面结合性能差两大难题，开发出新的制备方法以解决这两大难题的更优性能的石墨烯/铜复合粉，具有积极的现实意义和良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于针对现有制备技术及工艺上的不足，提供一种利用电沉积法制备石墨烯/铜复合粉的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种采用电沉积方法制备石墨烯/铜复合粉，按如下步骤。
以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐、可溶性镍盐及氧化石墨烯混合后的溶液为电解液，通直流电进行电沉积，保持一定的电流密度一段时间，阴极上沉积所得产物即为石墨烯/铜复合粉。
用无水乙醇清洗产物，除去残留杂质，再放入真空干燥箱中进行烘干，研磨，得到石墨烯/铜复合粉。
所述的可溶性铜盐为氯化铜，硫酸铜或硝酸铜中的一种。
所述的可溶性镍盐为氯化镍，硫酸镍或硝酸镍中的一种。
所述的铜盐与镍盐的质量比为5:1-100:1。
所述的电解液浓度为0.01 g/ml-1.0 g/ml。
所述的电流密度为5 A/m2-5000 A/m2。
所述的电沉积时间为2 h-48 h。
本发明的优点是。
（1）本发明拟解决了石墨烯均匀分散在铜基体中的难度大的问题，使得石墨烯均匀分布于铜基体上。
（2）添加少量石墨烯，并没有降低混合溶液的导电性能，制备出的石墨烯/铜复合粉形貌呈现为均匀的球形，且石墨烯以单层或少层的形式均匀分散在铜粉中。
（3）工艺简单，操作容易，成本低廉：原料鳞片石墨粉，电解铜片，硝酸钠，高锰酸钾等均为常见工业原料，制样和电沉积过程均无特殊设备要求。
附图说明
图1为实施例1所制备石墨烯/铜复合粉的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1。
制备石墨烯/铜复合粉，应按以下步骤进行：以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐硫酸铜（CuSO4）及可溶性镍盐硫酸镍（NiSO4），按铜盐：镍盐=10:1的质量比，与氧化石墨烯混合后的溶液为电解液，电解液浓度为0.12 g/ml，通直流电进行电沉积，保持50 A/m2的电流密度24 h，阴极上沉积所得产物即为石墨烯/铜复合粉。
实施例2。
制备石墨烯/铜复合粉，应按以下步骤进行：以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐氯化铜（CuCl2）及可溶性镍盐氯化镍（NiCl2），按铜盐：镍盐=20:1的质量比，与氧化石墨烯混合后的溶液为电解液，电解液浓度为0.15 g/ml，通直流电进行电沉积，保持100 A/m2的电流密度48 h，阴极上沉积所得产物即为石墨烯/铜复合粉。
实施例3。
制备石墨烯/铜复合粉，应按以下步骤进行：以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐硝酸铜（CuNO3）及可溶性镍盐硝酸镍（NiNO3），按铜盐：镍盐=15:1的质量比，与氧化石墨烯混合后的溶液为电解液，电解液浓度为0.60 g/ml，通直流电进行电沉积，保持80 A/m2的电流密度12 h，阴极上沉积所得产物即为石墨烯/铜复合粉。

Claims (6)

1.一种利用电沉积法制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是包括以下步骤：以电解铜片为阳极，铜箔为阴极，可溶性铜盐、可溶性镍盐及氧化石墨烯的混合溶液为电解液，通直流电进行电沉积，保持一定的电流密度一段时间，将阴极上沉积所得产物用无水乙醇清洗产物，除去残留杂质，再放入真空干燥箱中进行烘干，研磨，得到石墨烯/铜复合粉。
2.根据权利要求1所述的制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是所述的可溶性铜盐为氯化铜，硫酸铜或硝酸铜中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是所述的可溶性镍盐为氯化镍，硫酸镍或硝酸镍中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是所述的铜盐与镍盐的质量比为5:1-100:1。
5.根据权利要求1所述的制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是所述的电流密度为5A/m2-5000 A/m2。
6.根据权利要求1所述的制备石墨烯/铜复合粉的方法，其特征是所述的电沉积时间为2 h-48 h。
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