專利名稱：硅合金、石墨烯復(fù)合材料及其制備方法
娃合金、石墨稀復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新材料領(lǐng)域,尤其涉及一種娃合金、石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。背景技術(shù)：
隨著各種新能源的發(fā)展，便攜式電子設(shè)備的小型化發(fā)展及電動(dòng)汽車對(duì)大容量高功率化學(xué)電源的廣泛需求。目前商品化的鋰離子電池大多采用鋰石墨體系，雖然這類體系的電化學(xué)性能優(yōu)異，但是由于其本身儲(chǔ)鋰能力較低(如石墨的理論372mAh/g)，所以新型的過渡金屬氧化物/石墨體系受到人們的廣泛的重視。
目前所知道的嵌鋰材料中，純硅因具有最高的理論儲(chǔ)鋰容量(4200mAh/g)，相對(duì)較低的嵌鋰電位，充放電過程不易團(tuán)聚，較其他金屬基材料具有更高的物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，目前成為鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是硅基材料存在一個(gè)缺點(diǎn)在深度脫嵌鋰過程中由于體積效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力作用容易造成硅晶格結(jié)構(gòu)的崩塌和材料粉化，致使活性物質(zhì)脫離電極材料體系而失去活性，因此具有很差的循環(huán)穩(wěn)定性。目前，主要改進(jìn)方法有采用鎳、鐵以及銅等金屬與硅復(fù)合，形成以硅為活性中心，以惰性金屬為分散載體的活性 /惰性復(fù)合體系，改善材料的導(dǎo)電性能的同時(shí)，提高了含硅材料的循環(huán)性能。
但是，這種材料容易形成惰性的金屬硅相，削弱了硅基材料的比容。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種比容較高的硅合金、石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。
一種硅合金、石墨烯復(fù)合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5 :1 1: 20,所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O.1 % 20%。
優(yōu)選的，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm IOOnm;
所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁；
所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
一種硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟
步驟一、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨；
步驟二、將所述氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入所述硅合金微納米顆粒，在室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒；
步驟三、將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒；
步驟四、將所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比例5 I I 20混合后球磨，得到均勻混合的硅合金、石墨烯復(fù)合材料；所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O.1 % 20%。
優(yōu)選的，步驟一中，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
優(yōu)選的，步驟一中，所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁；
所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
優(yōu)選的，步驟一中，所述氧化石墨包括如下步驟制備得到將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80°C的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時(shí)以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品；
將所述混合樣品加入至0°C的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在 20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2小時(shí)后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗漆，抽濾，60°C真空干燥即得到氧化石墨。
優(yōu)選的，步驟一還包括用鹽酸處理所述硅合金微納米顆粒的表面的操作。
優(yōu)選的，步驟二中，按照所述硅合金微納米顆粒和所述氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 1: 100向所述氧化石墨烯溶液中加入所述娃合金微納米顆粒。
優(yōu)選的，步驟三為將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以10°c /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
優(yōu)選的，步驟四中，所述石墨烯通過液相還原步驟一得到的氧化石墨制得。
這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料通過使用具備良好的導(dǎo)電性、空隙分布以及高的機(jī)械性能的石墨烯材料取代普 通的碳材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。

圖1為實(shí)施例1制備的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的SEM電鏡圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)硅合金、石墨烯復(fù)合材料及其制備方法做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
一實(shí)施方式的硅合金、石墨烯復(fù)合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和片層結(jié)構(gòu)的石墨烯。
石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯均勻混合，石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯質(zhì)量比為5 :1 1: 20。
硅合金微納米顆粒在硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O.1 % 20%。
石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒中娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁，金屬所占的質(zhì)量比例為 1% 30%。
這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料通過使用具備良好的導(dǎo)電性、空隙分布以及高的機(jī)械性能的石墨烯材料取代普通的碳材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。
這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料由于石墨烯的高導(dǎo)電性能夠很好的將電子傳導(dǎo)到硅合金上，提高了導(dǎo)電性，能夠充分發(fā)揮了硅的高容量特性。同時(shí)石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料有良好的孔隙率、離子傳導(dǎo)特性。這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料有著良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。因此，這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料適合作為鋰離子電池，超級(jí)電容器的負(fù)極材料。
一實(shí)施方式的上述硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟
S10、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨。
娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁，金屬所占的質(zhì)量比例為 1% 30%。
一般的，可以使用高能球磨機(jī)將硅合金(N1-S1、Fe-S1、Cu-S1、Mg-Si，Co-Si， Al-Si)粉體研磨得到粒徑為Inm IOOnm的娃合金微納米顆粒。
之后用鹽酸處理硅合金微納米顆粒的表面，從而洗去硅合金微納米顆粒表面的污垢。
一般的，可以通過Hummers法用石墨制備氧化石墨，即將石墨、高錳酸鉀和高濃度強(qiáng)氧化性酸(硫酸或硝酸)置于同一容器中水浴或油浴加熱，待充分氧化后取出，先用雙氧水還原高錳酸鉀，在用蒸餾水或鹽酸洗滌產(chǎn)物數(shù)次，干燥后得到氧化石墨。
為了制備氧化石墨，可以對(duì)Hummers法進(jìn)行一些改進(jìn)，改進(jìn)后的制備過程包括如下步驟。
首先，將純度超過99. 5%的50目石墨粉、過硫酸鉀和五氧化二磷按照質(zhì)量比 2:1:1加入到65 85°C的濃硫酸中，攪拌均勻后自然冷卻，洗滌至中性后干燥，得到預(yù)處理的混合物。
其次，將所述預(yù)處理的混合物加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，保持溫度低于 20°C,之后30 40°C油浴1. 5 2. 5h,加入去離子水，15min后加入雙氧水反應(yīng),抽濾、收集固體。
最后，將上述固體用稀鹽酸洗滌，干燥，得到氧化石墨。
油浴的目的是為了更好的控制反應(yīng)溫度，在其他的實(shí)施方式中，也可以采用水浴。
石墨原料可以為天然鱗片石墨。
S20、將步驟一制得的氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，加入硅合金微納米顆粒，室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，按照硅合金微納米顆粒和氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 I 100向氧化石墨烯溶液中加入硅合金微納米顆粒。
S30、將步驟S20制得的氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
將氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以 IO0C /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
還原氣氛可以為氫氣氣氛、一氧化碳?xì)夥盏取?br> S40、將步驟S30制得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與片層結(jié)構(gòu)的石墨烯按照質(zhì)量比例5 :1 1: 20混合后球磨，得到均勻混合的具有微納米結(jié)構(gòu)的硅合金、石墨烯復(fù)合材料；硅合金微納米顆粒在硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 1% 20%。
石墨烯通過液相還原步驟SlO制得的氧化石墨制得。
具體的，液相還原氧化石墨得到石墨烯的步驟如下
首先，將步驟SlO制得的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。
其次，向懸濁液中加入還原劑，加熱到90°C 100°C進(jìn)行熱還原，24h 48h后得到石墨烯懸液。
最后，將石墨烯懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。
還原劑可以選擇水合肼、硼氫化鈉或?qū)Ρ蕉贰?br> 這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法成本低，并且工藝簡(jiǎn)單、易于操作、反應(yīng)時(shí)間短，制備得到的硅合金、石墨烯復(fù)合材料有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。
這種方法制備出的硅合金、石墨烯復(fù)合材料，硅合金微納米顆粒能夠很好的分散在石墨烯的片層之間，石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯二次混合后，大大提高了硅合金、石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電性。由于石墨烯的高導(dǎo)電性能夠很好的將電子傳導(dǎo)到硅合金上，提高了導(dǎo)電性，能夠充分發(fā)揮了硅的高容量特性。同時(shí)由于石墨烯的片層結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積，這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料有良好的孔隙率、離子傳導(dǎo)特性。這種硅合金、 石墨烯復(fù)合材料有著良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。因此，這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料適合作為鋰離子電池，超級(jí)電容器的負(fù)極材料。
以下為具體實(shí)施例部分。
實(shí)施例1
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨將純度99. 5%的50目石墨粉、過硫酸鉀和五氧化二磷按照質(zhì)量比 2:1:1加入到75°C的濃硫酸中，攪拌均勻后自然冷卻，洗滌至中性后干燥，得到預(yù)處理的混合物。將所述預(yù)處理的混合物加入到濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，保持溫度低于20°C， 之后35°C油浴2h，加入去離子水，15min后加入雙氧水反應(yīng)，抽濾、收集固體。最后，將上述固體用稀鹽酸洗滌，干燥，得到氧化石墨。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(N1-Si合金,30%的Ni)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5，室溫劇烈攪拌24h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以100°c /min緩慢速度升溫至1200°C加熱10h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1:1混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
圖1為本實(shí)施例制得的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的SEM圖片。
實(shí)施例2
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Cu-Si, 30%的Cu)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 10，室溫劇烈攪拌O. 5h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有一氧化碳的管式爐中以10°C /min緩慢速度升溫至120°C加熱lh，再將粉末在一氧化碳的氛圍隨爐冷卻至室溫,得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將(2)制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比5 I混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
實(shí)施例3
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Fe-Si, 30%的Fe)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 50，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至600°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1:1混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
實(shí)施例4
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Cu-Si, 5%的Cu)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 60，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以40°C /min緩慢速度升溫至1200°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比2 I混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
實(shí)施例5
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施 例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Mg-Si, 10%的Mg)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 70，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至1000°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將⑵制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比5 I混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
實(shí)施例6
(1)石墨純度 99. 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Co-Si, 20%的Co)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 100，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以40°C /min緩慢速度升溫至800°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。(6)石墨烯將(2)制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1: 20混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
實(shí)施例7
(I)石墨純度"· 5%。
(2)氧化石墨同實(shí)施例1。
(3)通過高能球磨機(jī)將娃合金(Al-Si, 30%的Al)粉體研磨得到娃合金微納米顆粒，將得到的硅合金微納米顆粒表面用鹽酸處理。
(4)硅合金微納米顆粒、氧化石墨烯的復(fù)合物將⑵制備出來(lái)的氧化石墨加入到水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，以上兩者混合，硅合金與氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 20，室溫劇烈攪拌4h，真空干燥，得到均勻分散的氧化石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
(5)含還原性氣體氛圍熱還原將(4)所得氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有氫氣的管式爐中以50°C /min緩慢速度升溫至1000°C加熱6h，再將粉末在氫氣的氛圍隨爐冷卻至室溫，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒。
(6)石墨烯將(2)制備出來(lái)的氧化石墨與去離子水混合并分散成懸濁液。向懸池液中加入水合餅，加熱到95°C進(jìn)行熱還原，36h后得到石墨稀懸液。最后，將石墨稀懸液過濾后收集濾渣，依次用水和甲醇洗滌后干燥，得到石墨烯。將(5)所得的石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比1: 5混合后球磨4小時(shí)，得到均勻的微納米結(jié)構(gòu)的石墨烯，硅合金的復(fù)合材料。
將實(shí)施例1 7制得的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的粉末在IOMPa的壓力下壓成圓片，室溫下用D41-11D/ZM型雙電測(cè)四探針測(cè)試儀測(cè)試電導(dǎo)率。當(dāng)測(cè)試電流顯示為探針系數(shù)時(shí)，按下電阻率P的按鈕，則屏幕直接顯示電阻率P值，按照Y = I/P直接計(jì)算出電導(dǎo)率。
具體測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示
實(shí)施例1234567電導(dǎo)率 S/m8.1 X IO39.7 X IO39.3 X IO38.4 X IO38.5 X IO37.2 X IO39.0 X IO3
讀表的可以得出，硅合金、石墨烯復(fù)合材料相對(duì)于硅的電導(dǎo)率(6. 7X10_2S/m)有較大提聞。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種硅合金、石墨烯復(fù)合材料，其特征在于，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5 I I 20，所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1% 20%。
2.如權(quán)利要求1所述的娃合金、石墨烯復(fù)合材料，其特征在于，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm IOOnm ； 所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁； 所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
3.—種硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、提供或制備硅合金微納米顆粒和氧化石墨； 步驟二、將所述氧化石墨在水中超聲分散，形成以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液，然后加入所述硅合金微納米顆粒，在室溫下攪拌后得到均勻分散的氧化石墨烯和硅合金微納米顆粒的混合物，真空干燥后得到氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒； 步驟三、將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒在還原氣氛下熱還原，得到石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒； 步驟四、將所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒與石墨烯按照質(zhì)量比例5 I I 20混合后球磨，得到均勻混合的硅合金、石墨烯復(fù)合材料；所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 % 20%。
4.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述娃合金微納米顆粒的粒徑為Inm lOOnm。
5.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述硅合金微納米微粒中的金屬為鎳、鐵、銅、鎂、鈷或鋁； 所述硅合金微納米微粒中的金屬所占的質(zhì)量比例為1% 30%。
6.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一中，所述氧化石墨包括如下步驟制備得到將石墨原料、過硫酸鉀和五氧化二磷加入至80°C的濃硫酸中，攪拌均勻，冷卻6小時(shí)以上，抽濾，洗滌至中性，干燥，得到混合樣品； 將所述混合樣品加入至0°C的濃硫酸中，再加入高錳酸鉀，體系的溫度保持在20°C以下，然后在35°C的油浴中保持2小時(shí)后，緩慢加入去離子水，15分鐘后，再加入含雙氧水的去離子水，直至溶液的顏色變?yōu)榱咙S色，趁熱抽濾，再用濃度為10%的鹽酸進(jìn)行洗滌，抽濾，60°C真空干燥即得到氧化石墨。
7.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟一還包括用鹽酸處理所述硅合金微納米顆粒的表面的操作。
8.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟二中，按照所述硅合金微納米顆粒和所述氧化石墨烯的質(zhì)量比例為1: 5 1: 100向所述氧化石墨烯溶液中加入所述硅合金微納米顆粒。
9.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟三為將所述氧化石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒放入通有還原性氣體的管式爐中，以10°C /min 100°C /min的速度升溫至200°C 1200°C并持續(xù)Ih 10h，保持還原氣氛冷卻至室溫，得到所述石墨烯包覆的娃合金微納米顆粒。
10.如權(quán)利要求3所述的硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟四中，所述石墨烯通過液相還原步驟一得到的氧化石墨制得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅合金、石墨烯復(fù)合材料，包括石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和石墨烯，所述石墨烯包覆的硅合金微納米顆粒和所述石墨烯均勻混合且質(zhì)量比為5∶1～1∶20，所述硅合金微納米顆粒在所述硅合金、石墨烯復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～20％。這種硅合金、石墨烯復(fù)合材料通過使用具備良好的導(dǎo)電性、空隙分布以及高的機(jī)械性能的石墨烯材料取代普通的碳材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的硅基材料，具有較高的比容。本發(fā)明還提供一種上述硅合金、石墨烯復(fù)合材料的制備方法。
文檔編號(hào)H01M4/38GK103022437SQ20111028906
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者周明杰, 王要兵, 鐘玲瓏 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司