CN115385328B - 石墨烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

石墨烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本申请涉及石墨烯复合材料技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用。石墨烯复合材料的制备方法，其采用脉冲电流技术，包括以下步骤：在无氧气氛下，调控脉冲电流密度使金属基底发生回复和再结晶；通入含碳气体，并调控脉冲电流密度使金属基底的表面温度达到其相变温度以上，在金属基底表面沉积石墨烯；在保护气体氛围下，调控脉冲电流密度使沉积有石墨烯的金属基底再次发生回复和再结晶，以使石墨烯生长形成石墨烯膜。上述制备方法能够提高沉积效率和力学性能。

Description

石墨烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及石墨烯复合材料技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
石墨烯是具有优异力学性能和超高导电性的单原子层二维材料，是金属基复合材料的理想增强相。目前金属元件对于印制电路板、锂电池、变压器等多采用铜合金，而铜合金材料的强度成为了制约其未来在超级电容器发展的主要因素。通过将石墨烯沉积在金属基材料表面得到石墨烯复合材料薄膜，能够补足金属基材料强度不足的短板。
目前在金属基材料表面沉积石墨烯膜常采用高温处理技术，即通过促使含碳气体沉积在铜合金表面，形成石墨烯薄膜。但是该工艺沉积时间缓慢、效率较低、能耗大、污染高，且需要耗费大量的保护气体，后续通常需要对金属基石墨烯膜复合材料进行压制，不适合用于微材料的处理需求。
发明内容
基于此，有必要提供一种制备工艺简单，且能够提高沉积效率和力学性能的石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
本申请一方面，提供一种石墨烯复合材料的制备方法，其采用脉冲电流技术，包括以下步骤：
a、在无氧气氛下，调控脉冲电流密度使金属基底发生回复和再结晶；
b、通入含碳气体，并调控脉冲电流密度使所述金属基底的表面温度达到其相变温度以上，在所述金属基底的表面沉积石墨烯；以及
c、在保护气体氛围下，调控脉冲电流密度使沉积有石墨烯的所述金属基底再次发生回复和再结晶，以使所述石墨烯生长形成石墨烯膜。
在其中一个实施例中，所述脉冲电流技术的工艺参数满足以下条件中的至少一个：
(1)脉冲电源频率为100Hz～1000Hz；
(2)脉冲电源占空比为0.1～0.5；
(3)脉冲电流通入时间为5min～10min。
在其中一个实施例中，所述金属基底为铜合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为2000A/mm2～2500A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为1200A/mm2～1800A/mm2。
在其中一个实施例中，所述金属基底为镍合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为1000A/mm2～1500A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为500A/mm2～800A/mm2。
在其中一个实施例中，所述金属基底为铁合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为100A/mm2～160A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为20A/mm2～60A/mm2。
在其中一个实施例中，所述金属基底为钴合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为120A/mm2～160A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为20A/mm2～80A/mm2。
在其中一个实施例中，所述金属基底为镁合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为40A/mm2～120A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为10A/mm2～40A/mm2。
在其中一个实施例中，所述金属基底为钛合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为140A/mm2～180A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为40A/mm2～100A/mm2。
在其中一个实施例中，所述含碳气体选自气态烷烃、气态烯烃及气体炔烃中的一种或多种。
本申请一方面，还提供一种如上述所述的石墨烯复合材料的制备方法制得的石墨烯复合材料。
本申请另一方面，进一步提供一种如上述所述的石墨烯复合材料在制备储能装置中的应用；
可选地，所述储能装置包括电容器、变压器或电池。
上述制备方法采用高频脉冲电流沉积石墨烯膜，通过焦耳热效应可以使金属基底在极短的时间内迅速升温，可以有效地避免传统加热沉积方式造成的热损失。而且调控脉冲电流能够促进含碳气体在金属基材料的表面沉积形成石墨烯薄膜，同时能够促进了金属基材料内部位错滑移、攀移及湮灭的形成，提高了微观结构的演化速率，加速了其回复和再结晶速率，从而提高了沉积效率。而且能够获得退火孪晶较少、位错密度较低且晶粒细小的微观结构，从而使得石墨烯复合材料能够具有优异的力学性能，不易产生褶皱和弯折，易于实现产业化。
此外，施加高频脉冲电流可以实现充电过程中石墨烯复合材料迅速升温，放电过程中又迅速降到初始温度，从而可以产生瞬时热压应力，使石墨烯复合材料在其作用下接触成型，避免了传统压制工艺的使用，节约了时间以及工艺成本。而且此过程还可以进一步致密石墨烯复合材料，使其内部晶粒更细且均匀、退火孪晶较少、位错密度较低，进而进一步增强其力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中铜合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图2为实施例2中铜合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图3为实施例3中AZ31镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图4为实施例4中AZ31镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图5为实施例5中稀土镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图6为实施例6中钛合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图7为对比例1中铜合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图8为对比例2中AZ31镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图9为对比例3中稀土镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图10为对比例4中稀土镁合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图11为对比例5中钛合金基底再结晶后微观组织的OM图；
图12为对比例6中钛合金基底再结晶后微观组织的OM图。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
可以理解，传统在金属基底上沉积石墨烯膜的方法具有成本高、能耗大、污染严重，且沉积速率低等缺陷。为此，本申请提供了一种石墨烯复合材料的制备方法，采用高频脉冲电流沉积石墨烯膜，通过焦耳热效应可以使金属基材料在极短的时间内迅速升温，可以有效地避免传统加热沉积方式造成的热损失。而且调控脉冲电流能够促进含碳气体在金属基材料的表面沉积形成石墨烯薄膜，同时能够促进了金属基材料内部位错滑移、攀移及湮灭的形成，提高了微观结构的演化速率，加速了其回复和再结晶速率，从而提高了沉积效率。而且能够获得退火孪晶较少、位错密度较低且晶粒细小的微观结构，从而使得石墨烯复合材料能够具有优异的力学性能，不易产生褶皱和弯折，易于实现产业化。
此外，施加高频脉冲电流可以实现充电过程中石墨烯复合材料迅速升温，放电过程中又迅速降到初始温度，从而可以产生瞬时热压应力，使石墨烯复合材料在其作用下接触成型，避免了传统压制工艺的使用，节约了时间以及工艺成本。而且此过程还可以进一步致密石墨烯复合材料，使其内部晶粒更细且均匀、退火孪晶较少、位错密度较低，进而进一步增强其力学性能。
本申请一方面，提供一种石墨烯复合材料的制备方法，其采用脉冲电流技术，包括步骤a～步骤c：
步骤a：调控脉冲电流密度使金属基底发生回复和再结晶。这一步可以去除金属基底中的杂质元素，而且通过使金属基底发生回复和再结晶，可以使其内部晶粒取向趋于一致，脉冲电流密度的调控能够增强空位、位错的移动性和原子的迁移以达到细化晶粒的效果，从而能够促进石墨烯成核，沉积、生长的石墨烯质量更高。此外通入脉冲电流能够大幅度提高金属基底的塑性、降低其成形力、提升其成形极限以及改善其表面质量，相较于传统依据热传导及热辐射对金属基底进行热处理所存在的时间长、能耗高的缺陷，调控脉冲电流密度沉积石墨烯具备快捷高效、节约能源的优点。
具体地，步骤a可以如下：在无氧气氛下，通入脉冲电流，调控脉冲电流密度使金属基底的表面温度达到其回复和再结晶温度，以使金属基底发生回复和再结晶。
在一些实施方式中，所述金属基底为清洁的金属基底，即可以采用水、醇类溶剂或酸类溶剂进行超声处理金属基底，以去除金属基底表面的污染物及污染元素。
在一些实施方式中，无氧气氛指的是没有氧气的气氛，具体可以为氩气气氛、氢气气氛、氦气气氛及氮气气氛中的一种或多种。
可以理解，可以根据实际应用需求对金属基底的形状进行选择，比如可以选择正方形、长方形等。
步骤b：通入含碳气体，并调控脉冲电流密度使金属基底的表面温度达到其相变温度以上，在金属基底表面沉积石墨烯。此步骤主要是完成石墨烯的沉积，具备高效、节能的优点。此外在通入脉冲电流的过程中产生的焦耳热效应和非热效应可以促进金属基底的位错滑移、攀移及湮灭，提高了其内部微观组织的演化速率，从而加速了金属的回复、再结晶等过程，使之获得了退火孪晶较少、位错密度较低、晶粒细小的微观组织，从而提升了其力学性能。
在一些实施方式中，含碳气体可以为本领域常用的任意用于沉积石墨烯的含碳气体，比如，可以选自气态烷烃、气态烯烃及气体炔烃中的一种或多种。其中，气态烷烃可以为甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷及新戊烷中的一种或多种；气体烯烃可以为乙烯、丙烯及丁烯中的一种或多种；气体炔烃可以为乙炔、丙炔及丁炔中的一种或多种。
步骤c：在保护气体氛围下，调控脉冲电流密度使沉积有石墨烯的金属基底再次发生回复和再结晶，以使石墨烯生长形成石墨烯膜。步骤b所得到的材料易存在厚度变小、成型性下降以及在成型中易出现变形不均匀、破裂的现象，通过进行这一步可以改善上述现象，可以直接使石墨烯复合材料成型，无需进行热压等其他压制工艺。
在一些实施方式中，保护气体不做限制，可以为本领域常用的任意保护气体，例如氩气、氦气及氮气中的一种或多种。
在一些实施方式中，无氧气体、含碳气体及保护气体的通入流量不做限制，可以为本领域常用的任意流量，例如，无氧气体、含碳气体及保护气体的通入流量可以分别独立地为5sccm～50sccm。
在一些实施方式中，脉冲电流技术的工艺参数包括以下条件中的至少一个：
(1)脉冲电源频率为100Hz～1000Hz；
(2)脉冲电源占空比为0.1～0.5；
(3)脉冲电流通入时间为5min～10min。其中，脉冲电源频率还可以为200Hz、500Hz；脉冲电源占空比还可以为0.2、0.3、0.4；脉冲电流通入时间还可以为6min、7min、8min、9min。
在一些实施方式中，金属基底具体可以为金属单质基底或金属合金基底，优选为金属合金基底，例如，可以为铜基底、铜合金基底、镍基底、镍合金基底、钴基底、钴合金基底、镁基底、镁合金基底、钛基底、铁合金基底。其中，金属合金的具体种类不做限制，比如，镁合金基底可以为AZ31镁合金基底或稀土镁合金基底。
可选地，金属基底为铜合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为2000A/mm2～2500A/mm2，还可以为2200A/mm2、2300A/mm2、2400A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为1200A/mm2～1800A/mm2，还可以为1400A/mm2、1500A/mm2、1600A/mm2。
可选地，金属基底为镍合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为1000A/mm2～1500A/mm2，还可以为1200A/mm2、1400A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为500A/mm2～800A/mm2，还可以为600A/mm2、700A/mm2。
可选地，金属基底为铁合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为100A/mm2～160A/mm2，还可以为120A/mm2、140A/mm2、150A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为20A/mm2～60A/mm2，还可以为30A/mm2、40A/mm2、50A/mm2。
可选地，金属基底为钴合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为120A/mm2～160A/mm2，还可以为130A/mm2、140A/mm2、150A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为20A/mm2～80A/mm2，还可以为40A/mm2、50A/mm2、60A/mm2、70A/mm2。
可选地，金属基底为镁合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为40A/mm2～120A/mm2，还可以为70A/mm2、80A/mm2、90A/mm2、100A/mm2、110A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为10A/mm2～40A/mm2，还可以为20A/mm2、30A/mm2。
可选地，金属基底为钛合金基底，步骤a和步骤c中脉冲电流密度可以分别独立地为140A/mm2～180A/mm2，还可以为150A/mm2、160A/mm2、170A/mm2。
步骤b中脉冲电流密度可以为40A/mm2～100A/mm2，还可以为50A/mm2、60A/mm2、70A/mm2、80A/mm2、90A/mm2。
本申请一方面，还提供一种如上述所述的石墨烯复合材料的制备方法制得的石墨烯复合材料。
本申请另一方面，进一步提供一种如上述所述的石墨烯复合材料在制备储能装置中的应用；
可选地，所述储能装置包括电容器、变压器或电池。其中，电容器可以为超级电容器，电池可以为锂电池。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
1)选择铜合金作为金属基材料，采用脉冲电流技术对铜合金进行预处理：通入10sccm氢气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为2200A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下铜合金温度达到800℃，持续输入5min脉冲电流，完成铜合金表面的再结晶，以除去杂质元素。通过OM表征图观察该铜合金基底表面的微观组织结构，如图1所示。由图1可知，铜合金基底表面的微观组织结构较为致密均匀，且再结晶晶粒较多，说明其再结晶效果好；
2)在步骤1)中预处理后的铜合金表面持续通入100sccm的氩气、100sccm的氢气以及5sccm的甲烷气体。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为1200A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下铜合金温度到达300℃，持续输入1min脉冲电流，在铜合金表面沉积石墨烯薄膜；
3)对步骤2)中表面沉积有石墨烯薄膜的铜合金进行后处理：持续通入100sccm的氩气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为2200A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下铜合金温度达到800℃，持续通入5min脉冲电流，此时沉积有石墨烯薄膜的铜合金在热压应力作用下发生形变，完成石墨烯的生长，从而制得石墨烯复合材料。
实施例2
1)选择铜合金作为金属基材料，采用脉冲电流技术对铜合金进行预处理：通入12sccm氢气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为3000A/mm2，脉冲电源频率为500Hz，脉冲电源占空比为0.5。在此条件下铜合金温度达到1000℃～1083℃，持续输入10min脉冲电流，完成铜合金表面的再结晶，以除去杂质元素。通过OM表征图观察该铜合金基底表面的微观组织结构，如图2所示。由图2可知，铜合金基底表面的微观组织结构更为致密均匀，且再结晶晶粒更多，说明其再结晶效果好；
2)在步骤1)中预处理后的铜合金表面持续通入200sccm的氩气、20sccm的氢气以及30sccm的甲烷气体。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为1800A/mm2，脉冲电源频率为500Hz，脉冲电源占空比为0.5。在此条件下铜合金温度到达500℃，持续输入5min脉冲电流，在铜合金表面沉积石墨烯薄膜；
3)对步骤2)中表面沉积有石墨烯薄膜的铜合金进行后处理：持续通入200sccm的氩气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为3000A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下铜合金温度达到1000℃～1083℃，持续通入10min脉冲电流，此时沉积有石墨烯薄膜的铜合金在热压应力作用下发生形变，完成石墨烯的生长，从而制得石墨烯复合材料。
实施例3
1)选择AZ31镁合金作为金属基材料，采用脉冲电流技术对AZ31镁合金进行预处理：通入10sccm氢气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为80A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下AZ31镁合金温度达到500℃～650℃，持续输入5min脉冲电流，完成AZ31镁合金表面的再结晶，以除去杂质元素。通过OM表征图观察AZ31镁合金基底表面的微观组织结构，如图3所示。由图3可知，AZ31镁合金基底表面的微观组织结构致密均匀，且再结晶晶粒比较多且细小，说明其再结晶效果好；
2)在步骤1)中预处理后的AZ31镁合金表面持续通入100sccm的氩气、10sccm的氢气以及5sccm的甲烷气体。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为20A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下AZ31镁合金温度到达425℃，持续输入1min脉冲电流，在AZ31镁合金表面沉积石墨烯薄膜；
3)对步骤2)中表面沉积有石墨烯薄膜的AZ31镁合金进行后处理：持续通入100sccm的氩气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为80A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下AZ31镁合金温度达到500℃～650℃，持续通入10min脉冲电流，此时沉积有石墨烯薄膜的AZ31镁合金在热压应力作用下发生形变，完成石墨烯的生长，从而制得石墨烯复合材料。
实施例4
本实施例与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中脉冲电流密度为40A/mm2。通过OM表征图观察AZ31镁合金基底表面的微观组织结构，如图4所示。由图4可知，AZ31镁合金基底表面的微观组织结构较为致密均匀，且再结晶晶粒较多较细，说明其再结晶效果好，但是再结晶效果差于实施例3。
实施例5
本实施例与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于：镁合金为稀土镁合金，其中稀土元素为钆(Gd)，步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为40A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为10A/mm2。具体步骤如下：
1)选择稀土镁合金作为金属基材料，采用脉冲电流技术对稀土镁合金进行预处理：通入10sccm氢气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为40A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下稀土镁合金温度达到500℃～650℃，持续输入5min脉冲电流，完成稀土镁合金表面的再结晶，以除去杂质元素。通过OM表征图观察稀土镁合金基底表面的微观组织结构，如图5所示。由图5可知，稀土镁合金基底表面的微观组织结构较为致密均匀，且再结晶晶粒较多较细，说明其再结晶效果好；
2)在步骤1)中预处理后的稀土镁合金表面持续通入100sccm的氩气、10sccm的氢气以及5sccm的甲烷气体。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为10A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下稀土镁合金温度到达425℃，持续输入1min脉冲电流，在稀土镁合金表面沉积石墨烯薄膜；
3)对步骤2)中表面沉积有石墨烯薄膜的稀土镁合金进行后处理：持续通入100sccm的氩气。调控脉冲电源，使脉冲电流密度为80A/mm2，脉冲电源频率为100Hz，脉冲电源占空比为0.1。在此条件下稀土镁合金温度达到500℃～650℃，持续通入10min脉冲电流，此时沉积有石墨烯薄膜的稀土镁合金在热压应力作用下发生形变，完成石墨烯的生长，从而制得石墨烯复合材料。
实施例6
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：金属基底为钛合金基底，步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为140A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为80A/mm2。通过OM表征图观察钛合金基底表面的微观组织结构，如图6所示。由图6可知，钛合金基底表面的微观组织结构较为致密均匀，且再结晶晶粒较多较细，说明其再结晶效果好。
对比例1
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为1200A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为800A/mm2。通过OM表征图观察铜合金基底表面的微观组织结构，如图7所示。由图7可知，铜合金基底表面的微观组织结构较为致密性较差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
对比例2
本对比例与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为20A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为5A/mm2。通过OM表征图观察AZ31镁合金基底表面的微观组织结构，如图8所示。由图8可知，AZ31镁合金基底表面的微观组织结构较为致密性较差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
对比例3
本对比例与实施例5的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为0A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为0A/mm2。通过OM表征图观察稀土镁合金基底表面的微观组织结构，如图9所示。由图9可知，稀土镁合金基底表面的微观组织结构较为致密性差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
对比例4
本对比例与实施例5的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为15A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为0A/mm2。通过OM表征图观察稀土镁合金基底表面的微观组织结构，如图10所示。由图10可知，稀土镁合金基底表面的微观组织结构较为致密较差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
对比例5
本对比例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为0A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为0A/mm2。通过OM表征图观察钛合金基底表面的微观组织结构，如图11所示。由图11可知，钛合金基底表面的微观组织结构较为致密较差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
对比例6
本对比例与实施例6的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤1)和步骤3)中的脉冲电流密度为100A/mm2，步骤2)中的脉冲电流密度为0A/mm2。通过OM表征图观察钛合金基底表面的微观组织结构，如图12所示。由图12可知，钛合金基底表面的微观组织结构较为致密较差，且再结晶晶粒较大，说明其再结晶效果差，后续难以用于沉积石墨烯。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，采用脉冲电流技术，包括以下步骤：
a、在无氧气氛下，调控脉冲电流密度使金属基底发生回复和再结晶；
b、通入含碳气体，并调控脉冲电流密度使所述金属基底的表面温度达到其相变温度以上，在所述金属基底的表面沉积石墨烯；以及
c、在保护气体氛围下，调控脉冲电流密度使沉积有石墨烯的所述金属基底再次发生回复和再结晶，以使所述石墨烯生长形成石墨烯膜。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述脉冲电流技术的工艺参数满足以下条件中的至少一个：
(1)脉冲电源频率为100Hz～1000Hz；
(2)脉冲电源占空比为0.1～0.5；
(3)脉冲电流通入时间为5min～10min。
3.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为铜合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为2000A/mm2～2500A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为1200A/mm2～1800A/mm2。
4.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为镍合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为1000A/mm2～1500A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为500A/mm2～800A/mm2。
5.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为铁合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为100A/mm2～160A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为20A/mm2～60A/mm2。
6.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为钴合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为120A/mm2～160A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为20A/mm2～80A/mm2。
7.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为镁合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为40A/mm2～120A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为10A/mm2～40A/mm2。
8.根据权利要求2所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基底为钛合金基底，步骤a和步骤c中所述脉冲电流密度分别独立地为140A/mm2～180A/mm2，步骤b中所述脉冲电流密度为40A/mm2～100A/mm2。
9.根据权利要求1～8任一项所述的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述含碳气体选自气态烷烃、气态烯烃及气体炔烃中的一种或多种。
10.一种如权利要求1～9任一项所述的石墨烯复合材料的制备方法制得的石墨烯复合材料。
11.如权利要求10所述的石墨烯复合材料在制备储能装置中的应用；
可选地，所述储能装置包括电容器、变压器或电池。
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