專利名稱：石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種混雜增強(qiáng)復(fù)合材料及制備方法，具體是一種石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，碳質(zhì)納米材料備受關(guān)注。其中，碳納米管的應(yīng)用研究已經(jīng)日趨成熟，被廣泛地應(yīng)用于電子材料和復(fù)合材料領(lǐng)域。在復(fù)合材料領(lǐng)域中，碳納米管被認(rèn)為是為理想的增強(qiáng)體。在鋁、鎂、鈦等輕合金基體中引入碳納米管，是研發(fā)新一代金屬基復(fù)合材料的主攻方向，作為未來的輕量化結(jié)構(gòu)材料被寄予厚望。由于單壁碳納米管最難制備，成本最高，同時(shí)也最難分散，所以目前實(shí)際應(yīng)用的多為易于制備和分散的雙壁碳納米管及多壁碳納米管。相對(duì)于單壁碳納米管，雙壁和多壁碳納米管大多為半導(dǎo)體性質(zhì)，其導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能顯著降 低，因而并不能夠提高金屬基復(fù)合材料的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能。為了滿足經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展需求，亟需開發(fā)一種兼?zhèn)鋬?yōu)異的力學(xué)性能和優(yōu)異的傳導(dǎo)性能的新型金屬基復(fù)合材料。石墨烯的發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)上述開發(fā)目標(biāo)帶來了希望。石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道構(gòu)成六角型蜂窩點(diǎn)陣的二維晶體，是石墨和碳納米管的組成單元，具有比單壁碳納米管更優(yōu)異的功能特性與力學(xué)特性，如電子遷移率r200000cm2/V S)、熱導(dǎo)率r5000W/m K)、楊氏模量(IlOOGPa)和斷裂強(qiáng)度(125GPa)，并且更加容易制備。10層以內(nèi)的寡層石墨烯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有比銅更好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，超出鋼鐵數(shù)十倍的彈性模量和斷裂強(qiáng)度。在理論上，石墨烯可以同時(shí)改善金屬材料的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，因此為開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能、結(jié)構(gòu)功能一體化的金屬基復(fù)合材料提供了寶貴契機(jī)。但在實(shí)際上，和碳納米管一樣，石墨烯與金屬基體之間存在巨大的性質(zhì)差異，石墨烯自身聚集的傾向嚴(yán)重，很難實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合和均勻分散。因此，迄今為止，有關(guān)石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究報(bào)道還非常少。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利(201010148878. I) “碳納米管金屬基復(fù)合材料的制備方法”，中國(guó)專利(201110261902. 7)“石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法”，分別采用料漿共混工藝制備碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料和石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。由于只含有單一的碳納米管或者石墨烯增強(qiáng)體，上述復(fù)合材料體現(xiàn)以下不足之處(I)單一由碳納米管增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料，雖然力學(xué)性能得到明顯改善，但是其導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能改善并不明顯，有時(shí)候相對(duì)金屬基體而言反有所降低；(2)單一由石墨烯增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料，其力學(xué)、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能均有所提高，但是問題在于，石墨烯的比表面積比碳納米管要大得多，因此在金屬基體中能夠均勻分散的體積含量非常有限，通常不超過1%，因此最終復(fù)合材料性能改善的絕對(duì)值并不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其制備方法，由碳納米管與石墨烯混雜增強(qiáng)制備得到金屬基復(fù)合材料，通過復(fù)合工藝調(diào)控，使石墨烯與碳納米管相互連接，在金屬基體中構(gòu)成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，從而大幅度地、同時(shí)提高所得復(fù)合材料的力學(xué)和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，由石墨烯、碳納米管和金屬基體構(gòu)成，石墨烯和碳納米管相互連接，在金屬基體當(dāng)中構(gòu)成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，其中石墨烯的體積分?jǐn)?shù)為0. 1%至1%,碳納米管的體積分?jǐn)?shù)為0. 5%至5%。所述石墨烯為單層、雙層及10層以內(nèi)的寡層石墨烯，其徑厚比大于200。本發(fā)明上述石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，具體為首先采用料漿共混工藝制備，在金屬粉末表面吸附氧化石墨烯和碳納米管，得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末，然后通過還原處理將氧化石墨烯還原為石墨烯，從而得到(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末，最終再通過致密化處理，得到大塊、密實(shí)的(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合材料?；谝陨狭蠞{共混和氧化石墨烯還原的技術(shù)方案，能夠保證石墨烯和碳納米管在金屬粉末表面的均勻分散，其中相對(duì)較少的石墨烯納米片即可將碳 納米管連成網(wǎng)絡(luò)，從而發(fā)揮協(xié)同、耦合作用，實(shí)現(xiàn)力學(xué)和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能的同步提高，克服單一的碳納米管或者石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的不足之處。本發(fā)明所述制備方法包括以下步驟第一，采用料漿共混工藝制備(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末；第二，對(duì)(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行還原處理，得到(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末；第三，對(duì)(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行致密化處理，得到大塊、密實(shí)的(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合材料。所述的料漿共混工藝，包含以下步驟( I)制備金屬粉末料漿；(2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液；(3)先向金屬粉末料漿中加入碳納米管分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，然后加入氧化石墨烯分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，最后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。所述的料漿共混工藝，包含以下步驟(I)制備金屬粉末料漿；(2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液；(3)分別向兩份金屬粉末料漿中加入碳納米管分散液和氧化石墨烯分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，得到氧化石墨烯/金屬料漿和碳納米管/金屬料漿；(4)將氧化石墨烯/金屬料漿和碳納米管/金屬料漿混合，經(jīng)攪拌或超聲分散至均勻，然后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。所述的料漿共混工藝，包含以下步驟( I)制備金屬粉末料漿；(2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液；(3)將氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液混合，經(jīng)攪拌或超聲分散至均勻，得到(氧化石墨烯-碳納米管)分散液；(4)向金屬粉末料漿中加入(氧化石墨烯-碳納米管)分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，然后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。在本發(fā)明的復(fù)合材料中，石墨烯是通過還原氧化石墨烯的方法得到的。目前，直接獲得石墨烯的方法主要有機(jī)械剝離法、外延生長(zhǎng)法和化學(xué)氣相沉積法，產(chǎn)量小、成本高，并且極易團(tuán)聚，難于在溶液中均勻分散并添加到金屬基體之中。另一方面，氧化石墨烯能容易地通過超聲分散氧化石墨獲得，并能夠在極性溶劑中穩(wěn)定分散，制備容易、成本低。進(jìn)而，氧化石墨烯能夠通過化學(xué)還原、熱還原等方法在很大程度上被還原為石墨烯。本發(fā)明采用料漿共混和和氧化石墨烯還原的技術(shù)路線，能夠在復(fù)合材料中均勻引入體積分?jǐn)?shù)為0. 1%至1%的寡層石墨烯，其石墨原子層數(shù)不超過10層，具有優(yōu)異的力學(xué)和導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性，且其徑厚比大于200，能夠?qū)⑻技{米管連接成網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮協(xié)同、耦合的增效效益。在本發(fā)明的復(fù)合材料中，所述碳納米管為單壁、雙壁或多壁碳納米管，其長(zhǎng)徑比大于20，體積分?jǐn)?shù)為0. 5%至5%。在本發(fā)明中，所述金屬基體為鋁、銅、鎂、鈦、鐵、鎳等純金屬及其合金中的一至多 種。為便于從料漿中均勻吸附氧化石墨烯和碳納米管，采用比表面積相對(duì)較大、徑厚比大于10的片狀金屬粉末，其厚度介于200nm-5 u m之間，直徑在5_500um之間。本發(fā)明采用水或有機(jī)溶劑制備金屬粉末料漿、氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液，其中有機(jī)溶劑選自乙醇、甲醇、丙酮。本發(fā)明氧化石墨烯含有大量羧基、羥基、環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，在甲醇、乙醇、丙酮、水等溶劑中易于分散，并且氧化石墨烯能夠輔助碳納米管的分散，得到所述的氧化石墨烯-碳納米管溶液，并可不加或加入十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨、曲拉通、殼聚糖、3 -環(huán)式糊精、戊二醛或膽汁鹽等表面活性劑的一種或者多種，進(jìn)一步促進(jìn)氧化石墨烯與碳納米管均勻分散及它們之間相互聯(lián)接作用，濃度一般為I. 0-10. Omg/mL。本發(fā)明可以方便地通過控制氧化石墨烯-碳納米管混雜的溶液的濃度和片狀金屬粉末的厚度及比表面積，調(diào)節(jié)所制備復(fù)合材料中石墨烯、碳納米管的質(zhì)量百分含量，其中石墨烯的體積分?jǐn)?shù)為0. 1%至I. 0%，碳納米管的體積分?jǐn)?shù)為0. 5%至5. 0%。本發(fā)明方法中，所述片狀金屬粉末預(yù)先經(jīng)過聚合物表面改性，即預(yù)先在片狀金屬粉末表面包覆一層聚合物薄膜，以便改善其表面對(duì)于溶劑和氧化石墨烯的親和性，促進(jìn)對(duì)氧化石墨烯的吸附。改性方法是，將所述聚合物加入到水或有機(jī)溶劑中，制備聚合物溶液；所述聚合物可在聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、乙基纖維素任選一種；所述的聚合物溶液的質(zhì)量百分比濃度為
0.2-5%。然后將片狀金屬粉末加入到所述聚合物的溶液中持續(xù)攪拌至表面形成聚合物薄膜，進(jìn)行洗滌后加入溶劑中得到金屬粉末料漿。在金屬粉末表面包覆的聚合物薄膜厚度可控制在納米量級(jí)，在較高的溫度加熱時(shí)很容易被熱解去除。由于氧化石墨烯表面含有較多含氧基團(tuán)，碳納米管表面也會(huì)存在一些基團(tuán)，這些官能團(tuán)為石墨烯和碳納米管的缺陷，都會(huì)阻礙電子的傳輸，為了提高最終復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等功能特性，需要對(duì)氧化石墨烯-碳納米管/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行還原處理。在高溫加熱時(shí)，氧化石墨烯可以脫水反應(yīng)或還原性氣氛所還原，從而得到石墨烯-納米碳管/金屬?gòu)?fù)合粉末。為促進(jìn)氧化石墨烯及碳納米管的還原反應(yīng)，還可以在金屬粉末表面包覆的聚合物薄膜中弓I入一定量的有機(jī)還原劑，例如乙二胺、水合肼、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、糊精、維生素C、草酸、丙二酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸及酒石酸鹽等。還原處理的溫度低于所述片狀金屬粉末的熔點(diǎn)。本發(fā)明中石墨烯-碳納米管/金屬?gòu)?fù)合粉末致密化處理，先進(jìn)行冷壓或冷等靜壓得到粉末壓坯，然后再進(jìn)行熱壓、熱等靜壓、熱擠壓、熱軋等熱變形加工，即可得到密實(shí)的石墨烯-碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。在本發(fā)明的方法中，還原處理和致密化處理溫度均應(yīng)低于所述金屬粉末的熔點(diǎn)，但高于聚合物的熱解溫度。石墨烯和碳納米管的各項(xiàng)性能都是各項(xiàng)異性的，在本發(fā)明方法中，氧化石墨烯與碳納米管相互作用，一維線狀的碳納米管吸附在二維層片狀的氧化石墨烯表面結(jié)合在一起，并受片狀金屬粉末和疊層結(jié)構(gòu)的約束和誘導(dǎo)，在粉末冷壓坯中石墨烯-碳納米管沿疊層方向取向分布，后續(xù)的熱擠壓和熱軋等變形加工會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化石墨烯-碳納米管的取向 分布，從而最大化地發(fā)揮對(duì)力學(xué)性能和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的強(qiáng)化作用。因此，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)便易行的制備石墨烯-碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的方法，所得復(fù)合材料不但輕質(zhì)高強(qiáng)，還兼?zhèn)鋵?dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、減振等功能特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用氧化石墨粉與碳納米管作為原料，氧化石墨粉容易分離形成氧化石墨烯的穩(wěn)定的溶液，并且氧化石墨烯與碳納米管之間的相互作用促進(jìn)碳納米管的分散，形成統(tǒng)一的穩(wěn)定分散的溶液；(2)本發(fā)明采用片狀金屬粉末作為起始原料，有利于均勻吸附氧化石墨烯/石墨烯-碳納米管并促使其高度取向組合；(3)本發(fā)明中對(duì)片狀金屬粉末進(jìn)行表面改性，改善其表面對(duì)于溶劑和氧化石墨烯-碳納米管的親和作用，從而易于在氧化石墨烯-碳納米管溶液中均勻分散并從中均勻吸附，進(jìn)而得到均勻分散的石墨烯-碳納米管/金屬?gòu)?fù)合粉末，并且金屬粉末表面包覆的聚合物薄膜厚度為納米量級(jí)并且容易熱解，便于通過后續(xù)熱加工去除；(4)采用在惰性或還原性氣氛對(duì)氧化石墨烯-碳納米管/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行還原處理，與整個(gè)工藝過程中的熱過程相結(jié)合，簡(jiǎn)單容易的得到石墨烯-碳納米管/金屬?gòu)?fù)合粉末；(5)石墨烯與碳納米管的含量可以通過片狀金屬粉末厚度進(jìn)行調(diào)控，并且同時(shí)加入石墨烯與碳納米管混雜結(jié)構(gòu)與單純的加入石墨烯或碳納米管在一定程度上提高了增強(qiáng)體總的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中石墨烯的體積分?jǐn)?shù)為0. 1%至I. 0%，碳納米管的體積分?jǐn)?shù)為0. 5%至5. 0%。


圖I為本發(fā)明的實(shí)施例流程示意圖，其中圖a、b、c分別為三種不同共混料漿共混工藝，其中G0 —氧化石墨烯；GNS —寡層石墨烯；CNT —碳納米管，；圖2石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬的結(jié)構(gòu)圖，其中GNS —寡層石墨烯；CNT —碳納米管；圖3為氧化石墨烯與碳納米管共同分散得到的結(jié)構(gòu)的TEM圖像，其中(a)分散的碳納米管(CNT) ; (b)分散的氧化石墨烯(GO) ; (c)共同分散的GO-CNT ；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中氧化石墨烯-碳納米管/片狀鋁粉復(fù)合粉末的DSC曲線(a)和熱重TG曲線(b)圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中原始45 y m的球形鋁粉濕磨2h的片狀鋁粉表面(a)及其吸附氧化石墨烯-碳納米管后的表面(b)的SEM圖像。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。表I給出的是各實(shí)施例中聚合物溶液和石墨烯-碳納米管溶液的配方參數(shù)，并遵照?qǐng)DI所示的工藝流程實(shí)施。
表I.實(shí)施例中聚合物溶液和石墨烯-碳納米管溶液的配方參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，由石墨烯、碳納米管和金屬基體構(gòu)成，石墨烯和碳納米管相互連接，在金屬基體當(dāng)中構(gòu)成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，其中石墨烯的體積分?jǐn)?shù)為0. 1%至1%,碳納米管的體積分?jǐn)?shù)為0. 5%至5%。
2.如權(quán)利要求I所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述石墨烯為單層、雙層及10層以內(nèi)的寡層石墨烯，其徑厚比大于200。
3.如權(quán)利要求I所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述碳納米管為單壁、雙壁或多壁碳納米管，其長(zhǎng)徑比大于20。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬基體為鋁、銅、鎂、鈦、鐵、鎳的純金屬及其合金中的一至多種。
5.如權(quán)利要求4所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬基體采用徑厚比大于10的片狀金屬粉末，其厚度介于200^1-51!!!!之間，直徑在5_500um 之間。
6.如權(quán)利要求1-5所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包含以下步驟 (1)采用料漿共混工藝制備(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末； (2)對(duì)(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行還原處理，得到(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末； (5)對(duì)(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末進(jìn)行致密化處理，得到大塊、密實(shí)的(石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合材料。
7.如權(quán)利要求6所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的料漿共混工藝，包含以下步驟 (1)制備金屬粉末料漿； (2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液； (3)先向金屬粉末料漿中加入碳納米管分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，然后加入氧化石墨烯分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，最后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。
8.如權(quán)利要求6所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的料漿共混工藝，包含以下步驟 (1)制備金屬粉末料漿； (2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液； (3)分別向兩份金屬粉末料漿中加入碳納米管分散液和氧化石墨烯分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，得到氧化石墨烯/金屬料漿和碳納米管/金屬料漿； (4)將氧化石墨烯/金屬料漿和碳納米管/金屬料漿混合，經(jīng)攪拌或超聲分散至均勻，然后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。
9.如權(quán)利要求6所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征是，所述的料漿共混工藝，包含以下步驟 (1)制備金屬粉末料漿； (2)分別制備氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液； (3)將氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液混合，經(jīng)攪拌或超聲分散至均勻，得到(氧化石墨烯-碳納米管)分散液； (4)向金屬粉末料漿中加入(氧化石墨烯-碳納米管)分散液，經(jīng)攪拌或超聲分散至完全吸附，然后再進(jìn)行過濾、干燥得到(氧化石墨烯-碳納米管)/金屬?gòu)?fù)合粉末。
10.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述的金屬粉末料衆(zhòng)，其中金屬粉末的體積含量小于20%。
11.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述的氧化石墨烯分散液中，氧化石墨烯的濃度為0. 2mg/ml至lmg/ml。
12.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述的碳納米管分散液中，碳納米管的濃度為lmg/ml至5mg/ml。
13.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，采用水或有機(jī)溶劑制備金屬粉末料漿、氧化石墨烯分散液和碳納米管分散液，其中有機(jī)溶劑選自乙醇、甲醇、丙酮。
14.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯-碳納米管分散液中可不加或加入十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基三甲基溴化銨、曲拉通、殼聚糖、3 -環(huán)式糊精、戊二醛或膽汁鹽表面活性劑的一種或者多種，促進(jìn)氧化石墨烯與碳納米管均勻分散及它們之間相互聯(lián)接作用，表面活性劑濃度為I. 0-10. Omg/mL。
15.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其特征在于，所述金屬粉末為片狀金屬粉末，該片狀金屬粉末預(yù)先經(jīng)過聚合物表面改性，即預(yù)先在片狀金屬粉末表面包覆一層聚合物薄膜，將所述聚合物加入到水或有機(jī)溶劑中，制備聚合物溶液；所述聚合物在聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、乙基纖維素任選一種；所述的聚合物溶液的質(zhì)量百分比濃度為0. 2-5% ;然后將片狀金屬粉末加入到所述聚合物的溶液中持續(xù)攪拌至表面形成聚合物薄膜，進(jìn)行洗滌后加入溶劑中得到金屬粉末料漿。
全文摘要
本發(fā)明公開一種石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于，石墨烯和碳納米管相互連接，在金屬基體當(dāng)中構(gòu)成增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，其中，石墨烯為10層以內(nèi)的寡層石墨烯，其徑厚比大于200，體積分?jǐn)?shù)為0.1%至1%；碳納米管為單壁、雙壁或多壁碳納米管，其長(zhǎng)徑比大于20，體積分?jǐn)?shù)為0.5%至5%。與碳納米管單一增強(qiáng)的復(fù)合材料相比，本發(fā)明的石墨烯與碳納米管混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不僅力學(xué)性能大大改善，而且具有更加優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，是一種多用途的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。此外，本發(fā)明基于料漿共混和氧化石墨烯還原而提出的制備方法，簡(jiǎn)單、高效，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/05GK102719693SQ201210190250
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者張荻, 李志強(qiáng), 李贊, 王景月, 范根蓮 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)