一種金屬粉體材料的石墨烯包覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬粉體材料的石墨稀包覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用化學(xué)氣相沉積法(又稱CVD法)在鎳、銅金屬材料上生長(zhǎng)石墨烯已經(jīng)是一種成熟的生長(zhǎng)工藝，但目前只限于金屬薄膜、金屬塊體等大尺寸材料。其主要過(guò)程如下:將金屬薄膜材料放入反應(yīng)爐中，在密閉環(huán)境下通入碳源氣體(甲烷、乙炔)和還原保護(hù)氣體(氫氣)，將反應(yīng)爐加熱至特定溫度(通常為10(TC)并保持一段時(shí)間。將反應(yīng)爐降至室溫，取出金屬材料，即可得到包面覆蓋有石墨烯的金屬材料。由于金屬納米粉、微米粉活潑的物理化學(xué)特性，使用同樣的工藝進(jìn)行制備，金屬粉體會(huì)在加熱過(guò)程中燒結(jié)，甚至熔化，不能再保持顆粒狀的形貌，同時(shí)燒結(jié)后形成塊體，也會(huì)使反應(yīng)不充分，導(dǎo)致生產(chǎn)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，應(yīng)用該方法能夠在金屬粉體材料表面均勻包覆石墨烯，燒結(jié)后仍保持顆粒狀的形貌，且反應(yīng)充分。
[0004]本申請(qǐng)人經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積法之所以不適用于金屬粉體材料的石墨烯包覆，主要是由于金屬粉體燒結(jié)所引起的一系列問(wèn)題:燒結(jié)引起的微納米結(jié)構(gòu)被破壞；燒結(jié)引起的接觸面積變小，反應(yīng)不充分。
[0005]為此，本發(fā)明提供一種金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，具體步驟為:是將待包覆的金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑混合，利用化學(xué)氣相沉積法完成金屬粉體材料的石墨烯包覆；所述阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。
[0006]優(yōu)選地，所述阻燒結(jié)劑為硅納米粉和/或二氧化硅納米粉。
[0007]優(yōu)選地，在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在30%以上。
[0008]進(jìn)一步地，在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在50%以上。
[0009]更進(jìn)一步地，在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在70%以上。
[0010]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于金屬粉體材料表面包覆石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程的阻燒結(jié)劑，所述阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。
[0011]優(yōu)選地，所述阻燒結(jié)劑為硅和/或二氧化硅納米粉。
[0012]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述阻燒結(jié)劑在金屬粉體材料表面包覆石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程中的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明中阻燒結(jié)劑起到了阻隔金屬顆粒接觸燒結(jié)的作用，因此，阻燒結(jié)劑的比例越高，阻燒結(jié)效果越好，產(chǎn)品中的金屬顆粒粒徑越??；反之，顆粒越大，若無(wú)阻燒結(jié)劑的參與，金屬粉會(huì)直接形成塊體材料。在本發(fā)明當(dāng)中，當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑的體積比例大于8:2時(shí)，絕大部分的產(chǎn)物仍以粒徑超過(guò)百微米的巨型顆粒的形式存在；當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑的體積比例達(dá)到7:3，產(chǎn)物中開(kāi)始出現(xiàn)部分細(xì)粉，約百分之四十的粒徑在一百微米以下，主要分布在幾十微米左右，同時(shí)有少量幾微米或百納米級(jí)的顆粒，剩余百分之六十仍然為粒徑超過(guò)I毫米的巨型顆粒；當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑的體積比例達(dá)到6:4，約百分之八十以上的產(chǎn)物為粒徑小于一百微米的細(xì)粉，其中百分之五十以上粒徑小于10微米；當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑的體積比例達(dá)到5:5，百分之九十五以上的產(chǎn)物為低于一百微米的顆粒，其中十微米、微米、納米級(jí)粉體的比例約為1:1:1 ;當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑的比例達(dá)到4:6，百分之九十五以上的產(chǎn)物為低于一百微米的顆粒，其中約百分之八十以上小于十微米，百分之五十以上小于一微米。當(dāng)金屬、阻燒結(jié)劑比例達(dá)到3:7，約百分之九十以上顆粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。綜合以上結(jié)果可以得到:隨著混合物中阻燒結(jié)劑比例的進(jìn)一步增加，可以有效的將金屬產(chǎn)物的尺寸控制在更小的范圍內(nèi)，但是高的阻燒結(jié)劑比例會(huì)增加生產(chǎn)成本，同時(shí)也會(huì)增大金屬產(chǎn)物提純的難度。
[0014]本發(fā)明所使用的阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。將阻燒結(jié)劑與金屬粉體材料混合，增加了金屬粉體之間的間距，從而達(dá)到阻止金屬粉體燒結(jié)的目的。阻燒結(jié)劑在本發(fā)明的方法中有兩個(gè)作用:通過(guò)增大顆粒間間距，防止粉體燒結(jié)；通過(guò)增大顆粒間間距，增加金屬粉體與碳源的有效接觸，提高生長(zhǎng)效率。在本發(fā)明實(shí)施例中，本申請(qǐng)人所使用的阻燒結(jié)劑為硅或者二氧化硅的納米顆粒，當(dāng)然，阻燒結(jié)劑并不限于上述兩種，只要其是耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒，即可用作本發(fā)明的阻燒結(jié)劑。
[0015]應(yīng)用本發(fā)明的方法能夠在金屬粉體材料表面生長(zhǎng)包覆石墨烯，采用這種工藝可以有效的阻止金屬粉體在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生燒結(jié)，最終得到有石墨烯包覆的金屬粉體材料。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下的實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。
[0017]實(shí)施例1
銅粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的銅粉與顆粒直徑為20_200nm的硅納米粉按照體積比1:1混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備:將混合后的樣品放入密閉的反應(yīng)爐中，抽出空氣，并通入甲烷或乙炔氣體作為碳源，通入氫氣作為保護(hù)氣體；在1000°C下反應(yīng)15分鐘時(shí)間，待反應(yīng)充分停止加熱，采用隨爐冷卻的方式將混合物降至室溫，即可得到包面包覆有石墨烯的銅粉體。相比較未混合硅納米粉的純銅粉經(jīng)過(guò)同樣工藝獲得的完全燒結(jié)的塊狀產(chǎn)物，該銅粉體仍保持顆粒狀的形狀，大部分顆粒的尺寸在幾百納米到幾十微米之間。
[0018]實(shí)施例2
銅粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的銅粉與顆粒直徑為20_200nm的二氧化硅納米粉按照體積比7:3混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，即可得到包面包覆有石墨烯的銅粉體。產(chǎn)物中有部分細(xì)粉，約百分之四十的粒徑在一百微米以下，主要分布在幾十微米左右，同時(shí)有少量幾微米或百納米級(jí)的顆粒，剩余百分之六十仍然為粒徑超過(guò)I毫米的巨型顆粒。
[0019]實(shí)施例3
銅粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的銅粉與顆粒直徑為20_200nm的硅納米粉和二氧化硅納米粉混合物按照體積比3:7混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，即可得到包面包覆有石墨烯的銅粉體。產(chǎn)物中約百分之九十以上顆粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。
[0020]實(shí)施例4
鎳粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的鎳粉與顆粒直徑為20_200nm的硅納米粉按照體積比1:1混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備:將混合后的樣品放入密閉的反應(yīng)爐中，抽出空氣，并通入甲烷或乙炔氣體作為碳源，通入氫氣作為保護(hù)氣體；在1000°C下反應(yīng)30分鐘，待反應(yīng)充分停止加熱，采用空氣冷卻的方式將混合物降至室溫，即可得到包面包覆有石墨烯的鎳粉體。該鎳粉體仍保持顆粒狀的形狀，鎳粉體的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，不形成塊體。
[0021]實(shí)施例5
鎳粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的鎳粉與顆粒直徑為20_200nm的二氧化硅納米粉按照體積比7:3混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，即可得到包面包覆有石墨烯的鎳粉體。產(chǎn)物中有部分細(xì)粉，約百分之四十的粒徑在一百微米以下，主要分布在幾十微米左右，同時(shí)有少量幾微米或百納米級(jí)的顆粒，剩余百分之六十仍然為粒徑超過(guò)I毫米的巨型顆粒。
[0022]實(shí)施例6
鎳粉的石墨烯包覆方法如下:
將顆粒直徑為20-1000nm的待包覆的鎳粉與顆粒直徑為20_200nm的硅納米粉和二氧化硅納米粉混合物按照體積比3:7混合均勻，參照傳統(tǒng)制備石墨烯的化學(xué)氣相沉積法制備，即可得到包面包覆有石墨烯的鎳粉體。產(chǎn)物中約百分之九十以上顆粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。
[0023]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，其特征在于:是將待包覆的金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑混合，利用化學(xué)氣相沉積法完成金屬粉體材料的石墨烯包覆；所述阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，其特征在于:所述阻燒結(jié)劑為娃納米粉和/或二氧化娃納米粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，其特征在于:在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在30%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，其特征在于:在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在50%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，其特征在于:在金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑形成的混合物中，所述阻燒結(jié)劑的質(zhì)量百分含量在70%以上。
6.一種用于金屬粉體材料表面包覆石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程的阻燒結(jié)劑，其特征在于:所述阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的阻燒結(jié)劑，其特征在于:所述阻燒結(jié)劑為硅和/或二氧化硅納米粉。
8.權(quán)利要求6或7所述的阻燒結(jié)劑在金屬粉體材料表面包覆石墨烯的生長(zhǎng)過(guò)程中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種金屬粉體材料的石墨烯包覆方法，具體步驟為：是將待包覆的金屬粉體材料與阻燒結(jié)劑混合，利用化學(xué)氣相沉積法完成金屬粉體材料的石墨烯包覆；所述阻燒結(jié)劑為耐高溫且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的惰性顆粒。應(yīng)用本發(fā)明的方法能夠在金屬粉體材料表面生長(zhǎng)包覆石墨烯，采用這種工藝可以有效的阻止金屬粉體在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生燒結(jié)，最終得到有石墨烯包覆的金屬粉體材料。
【IPC分類】B22F1-02, C23C16-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104668554
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510065980
【發(fā)明人】耿柏松, 孔冉, 張帆宇
【申請(qǐng)人】蘭州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月7日