一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法

本发明涉及一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，属于复合材料和粉体材料制备领域。

背景技术：

1、在金属复合材料领域，石墨烯作为一种单层碳原子构成的二维晶体结构，具有出色的导电性、导热性和机械强度，使其成为一种理想的材料增强剂。当石墨烯包覆铜粉时，可以在一定程度上保留铜的导电性和石墨烯的优异机械性能，同时增加材料的热稳定性和耐腐蚀性。

2、石墨烯包覆铜粉复合材料能有效传递热量并提高热管理效率，该复合材料在电子材料、导电涂料、电磁屏蔽、传热材料和机械增强材料等领域中具有广泛应用。例如：石墨烯包覆铜粉可以应用于电子材料中，如柔性电子器件、传感器和导电墨水，由于石墨烯的高导电性和铜的优异导电性能，这种复合材料可提高器件的导电性能、稳定性和耐久性；石墨烯包覆铜粉还可用于制备导电涂料，应用于防静电涂层、抗腐蚀涂层和电磁屏蔽涂层，这些涂料具有良好的导电性和耐腐蚀性能，可广泛应用于航空航天、汽车和电子设备制造领域；由石墨烯包覆铜粉制备的复合材料可以用作高效的电磁屏蔽材料，用于防止电磁辐射对设备和人体的干扰。

3、目前，石墨烯包覆铜粉在实际应用中仍然面临一些挑战和问题，例如：石墨烯包覆铜粉的界面稳定性是一个关键问题，在复合材料中，界面的稳定性直接影响材料的性能和稳定性，因此需要改进界面的结合强度和耐久性；或者，目前的石墨烯包覆铜粉制备方法可能存在成本较高的问题，这限制了其大规模应用，需要寻找更经济高效的制备方法，降低生产成本；或存在制备效率低下的情况，导致生产周期长、产量少；或存在在大规模生产过程中，确保石墨烯包覆铜粉的质量和性能具有一致性，需要优化生产工艺，确保批次之间的一致性；尽管石墨烯包覆铜粉具有优异的导电性和机械性能，但仍有改进的空间。例如，提高导电性能、增强耐热性、改善抗氧化性等方面都可以继续优化等。

技术实现思路

1、本发明提供一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，可以进一步提升石墨烯包覆铜粉的质量和性能，克服和避免现有制备方法的缺点和不足。

2、本发明技术方案如下：

3、一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，具体步骤如下：

4、将铜粉经过预处理后与石墨烯前驱体溶液混合，混合物经过造粒之后，再热处理，得到石墨烯包覆铜粉。

5、所述铜粉可以是纯铜粉，也可以是铜合金粉，铜粉的平均粒度小于100目；将铜粉进行预处理即将铜粉在含氧气氛或含氢气氛中进行热处理，热处理温度为220-850℃，时间为0.3-8.0小时，处理一次为一个循环，循环2-7次，得到预处理铜粉；所述含氧气氛为空气或者纯氧气，或氧分压不低于21.33kpa的氧气与惰性气体的混合气氛；含氢气体为纯氢气或含氢气的惰性气氛，氢气的体积含量不低于5％；对于铜合金粉进行预处理是将其进行表面稀酸清洗，并用去离子水冲洗干燥。

6、所述石墨烯前驱体溶液是石墨烯前驱体和溶剂混合而成，所述石墨烯前驱体包括：含碳有机物(如甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、聚乙二醇等)，含氮有机物(如环己胺、吡啶、二丙胺和三乙胺等)，多环芳烃(如六苯并蔻)，尿素、甲酸甲酯、乙酸乙酯等；所述溶剂为水或水和乙醇、甲苯、丙酮、正己烷等有机溶剂的混合溶剂。

7、所述石墨烯前驱体的添加质量为：铜粉比表面积乘以前驱体的密度，再乘以(1-10nm)。

8、所述造粒为喷雾造粒或球磨造粒；所述喷雾造粒的雾化介质为氮气或氩气，雾化方式主要以离心雾化和二流雾化为主；所述球磨造粒时间为0.5-6.0小时，转速不大于300转/分钟，球料比不高于3:1。

9、所述热处理可以在真空条件下，真空度小于10-2pa；或在含有氢气的惰性气氛下，氢气体积分数不小于5％，气体的总流量大于100sccm；热处理温度高于500℃，热处理时间大于20min，热处理升温速率不低于10℃/min，降温速度不低于25℃/min。

10、本发明的有益效果：

11、本发明方法成功制备出具有优异导电性和机械性能的石墨烯包覆铜粉，适用于电子材料和导电材料制备领域。

12、本发明提供的石墨烯包覆铜制备方法简单，石墨烯质量稳定，包覆均匀，制备效率高，生产成本低，可以大规模推广使用。

技术特征：

1.一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述铜粉为纯铜粉、铜合金粉，铜粉的平均粒度小于100目。

3.根据权利要求2所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述铜粉预处理是将铜粉在含氧气氛或含氢气氛中进行热处理，热处理温度为220-850℃，时间为0.3-8.0小时，处理一次为一个循环，循环2-7次，得到预处理铜粉；铜合金的预处理是进行表面稀酸清洗，并用去离子水冲洗后干燥。

4.根据权利要求3所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述含氧气氛为空气或者纯氧气，或氧分压不低于21.33kpa的氧气与惰性气体的混合气氛；含氢气体为纯氢气或含氢气的惰性气氛，氢气的体积含量不低于5％。

5.根据权利要求1所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述石墨烯前驱体溶液是石墨烯前驱体和溶剂混合而成，石墨烯前驱体为含碳有机物、含氮有机物、多环芳烃、尿素、甲酸甲酯、乙酸乙酯，溶剂为水或水和有机物的混合溶剂。

6.根据权利要求5所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述石墨烯前驱体的添加质量为铜粉比表面积乘以石墨烯前驱体的密度，再乘以1-10nm。

7.根据权利要求1所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述造粒为喷雾造粒或球磨造粒。

8.根据权利要求7所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述喷雾造粒的雾化介质为氮气或氩气。

9.根据权利要求7所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述球磨造粒时间为0.5-6.0小时，转速不大于300转/分钟，球料比不高于3:1。

10.根据权利要求1所述批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，其特征在于，所述热处理是在真空条件下，真空度小于10-2pa；或在含有氢气的惰性气氛下，氢气体积分数不小于5％，气体的总流量大于100sccm；热处理温度高于500℃，热处理时间大于20min，升温速率不低于10℃/min，降温速度不低于25℃/min。

技术总结本发明公开一种批量化制备石墨烯包覆铜粉的方法，将铜粉经过预处理后与石墨烯前驱体溶液混合，混合物经过造粒和热处理，实现石墨烯包覆铜粉的一步合成；本发明制备方法简单，石墨烯质量稳定，包覆均匀，制备效率高，生产成本低，可以大规模推广使用。技术研发人员：鲍瑞,刘亮,易健宏受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1