CN104668554A - 一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法，具体步骤为：是将待包覆的金属粉体材料与阻烧结剂混合，利用化学气相沉积法完成金属粉体材料的石墨烯包覆；所述阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。应用本发明的方法能够在金属粉体材料表面生长包覆石墨烯，采用这种工艺可以有效的阻止金属粉体在高温生长过程中发生烧结，最终得到有石墨烯包覆的金属粉体材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法。
背景技术
采用化学气相沉积法（又称CVD法）在镍、铜金属材料上生长石墨烯已经是一种成熟的生长工艺，但目前只限于金属薄膜、金属块体等大尺寸材料。其主要过程如下：将金属薄膜材料放入反应炉中，在密闭环境下通入碳源气体（甲烷、乙炔）和还原保护气体（氢气），将反应炉加热至特定温度（通常为1000℃）并保持一段时间。将反应炉降至室温，取出金属材料，即可得到包面覆盖有石墨烯的金属材料。由于金属纳米粉、微米粉活泼的物理化学特性，使用同样的工艺进行制备，金属粉体会在加热过程中烧结，甚至熔化，不能再保持颗粒状的形貌，同时烧结后形成块体，也会使反应不充分，导致生产失败。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法，应用该方法能够在金属粉体材料表面均匀包覆石墨烯，烧结后仍保持颗粒状的形貌，且反应充分。
本申请人经试验发现：传统的化学气相沉积法之所以不适用于金属粉体材料的石墨烯包覆，主要是由于金属粉体烧结所引起的一系列问题：烧结引起的微纳米结构被破坏；烧结引起的接触面积变小，反应不充分。
为此，本发明提供一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法，具体步骤为：是将待包覆的金属粉体材料与阻烧结剂混合，利用化学气相沉积法完成金属粉体材料的石墨烯包覆；所述阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。
优选地，所述阻烧结剂为硅纳米粉和/或二氧化硅纳米粉。
优选地，在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在30%以上。
进一步地，在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在50%以上。
更进一步地，在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在70%以上。
本发明的第二个目的是提供一种用于金属粉体材料表面包覆石墨烯的生长过程的阻烧结剂，所述阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。
优选地，所述阻烧结剂为硅和/或二氧化硅纳米粉。
本发明的第三个目的是提供上述阻烧结剂在金属粉体材料表面包覆石墨烯的生长过程中的应用。
本发明中阻烧结剂起到了阻隔金属颗粒接触烧结的作用，因此，阻烧结剂的比例越高，阻烧结效果越好，产品中的金属颗粒粒径越小；反之，颗粒越大，若无阻烧结剂的参与，金属粉会直接形成块体材料。在本发明当中，当金属、阻烧结剂的体积比例大于8：2时，绝大部分的产物仍以粒径超过百微米的巨型颗粒的形式存在；当金属、阻烧结剂的体积比例达到7：3，产物中开始出现部分细粉，约百分之四十的粒径在一百微米以下，主要分布在几十微米左右，同时有少量几微米或百纳米级的颗粒，剩余百分之六十仍然为粒径超过1毫米的巨型颗粒；当金属、阻烧结剂的体积比例达到6：4，约百分之八十以上的产物为粒径小于一百微米的细粉，其中百分之五十以上粒径小于10微米；当金属、阻烧结剂的体积比例达到5：5，百分之九十五以上的产物为低于一百微米的颗粒，其中十微米、微米、纳米级粉体的比例约为1：1：1；当金属、阻烧结剂的比例达到4：6，百分之九十五以上的产物为低于一百微米的颗粒，其中约百分之八十以上小于十微米，百分之五十以上小于一微米。当金属、阻烧结剂比例达到3：7，约百分之九十以上颗粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。综合以上结果可以得到：随着混合物中阻烧结剂比例的进一步增加，可以有效的将金属产物的尺寸控制在更小的范围内，但是高的阻烧结剂比例会增加生产成本，同时也会增大金属产物提纯的难度。
本发明所使用的阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。将阻烧结剂与金属粉体材料混合，增加了金属粉体之间的间距，从而达到阻止金属粉体烧结的目的。阻烧结剂在本发明的方法中有两个作用：通过增大颗粒间间距，防止粉体烧结；通过增大颗粒间间距，增加金属粉体与碳源的有效接触，提高生长效率。在本发明实施例中，本申请人所使用的阻烧结剂为硅或者二氧化硅的纳米颗粒，当然，阻烧结剂并不限于上述两种，只要其是耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒，即可用作本发明的阻烧结剂。
应用本发明的方法能够在金属粉体材料表面生长包覆石墨烯，采用这种工艺可以有效的阻止金属粉体在高温生长过程中发生烧结，最终得到有石墨烯包覆的金属粉体材料。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
铜粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的铜粉与颗粒直径为20-200nm的硅纳米粉按照体积比1：1混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备：将混合后的样品放入密闭的反应炉中，抽出空气，并通入甲烷或乙炔气体作为碳源，通入氢气作为保护气体；在1000℃下反应15分钟时间，待反应充分停止加热，采用随炉冷却的方式将混合物降至室温，即可得到包面包覆有石墨烯的铜粉体。相比较未混合硅纳米粉的纯铜粉经过同样工艺获得的完全烧结的块状产物，该铜粉体仍保持颗粒状的形状，大部分颗粒的尺寸在几百纳米到几十微米之间。
实施例2
铜粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的铜粉与颗粒直径为20-200nm的二氧化硅纳米粉按照体积比7:3混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备，即可得到包面包覆有石墨烯的铜粉体。产物中有部分细粉，约百分之四十的粒径在一百微米以下，主要分布在几十微米左右，同时有少量几微米或百纳米级的颗粒，剩余百分之六十仍然为粒径超过1毫米的巨型颗粒。
实施例3
铜粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的铜粉与颗粒直径为20-200nm的硅纳米粉和二氧化硅纳米粉混合物按照体积比3:7混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备，即可得到包面包覆有石墨烯的铜粉体。产物中约百分之九十以上颗粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。
实施例4
镍粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的镍粉与颗粒直径为20-200nm的硅纳米粉按照体积比1：1混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备：将混合后的样品放入密闭的反应炉中，抽出空气，并通入甲烷或乙炔气体作为碳源，通入氢气作为保护气体；在1000℃下反应30分钟，待反应充分停止加热，采用空气冷却的方式将混合物降至室温，即可得到包面包覆有石墨烯的镍粉体。该镍粉体仍保持颗粒状的形状，镍粉体的结构不会遭到破坏，不形成块体。
实施例5
镍粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的镍粉与颗粒直径为20-200nm的二氧化硅纳米粉按照体积比7:3混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备，即可得到包面包覆有石墨烯的镍粉体。产物中有部分细粉，约百分之四十的粒径在一百微米以下，主要分布在几十微米左右，同时有少量几微米或百纳米级的颗粒，剩余百分之六十仍然为粒径超过1毫米的巨型颗粒。
实施例6
镍粉的石墨烯包覆方法如下：
将颗粒直径为20-1000nm的待包覆的镍粉与颗粒直径为20-200nm的硅纳米粉和二氧化硅纳米粉混合物按照体积比3:7混合均匀，参照传统制备石墨烯的化学气相沉积法制备，即可得到包面包覆有石墨烯的镍粉体。产物中约百分之九十以上颗粒小于十微米，其中百分之六十小于一微米。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种金属粉体材料的石墨烯包覆方法，其特征在于：是将待包覆的金属粉体材料与阻烧结剂混合，利用化学气相沉积法完成金属粉体材料的石墨烯包覆；所述阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。
2.根据权利要求1所述的金属粉体材料的石墨烯包覆方法，其特征在于：所述阻烧结剂为硅纳米粉和/或二氧化硅纳米粉。
3.根据权利要求2所述的金属粉体材料的石墨烯包覆方法，其特征在于：在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在30%以上。
4.根据权利要求3所述的金属粉体材料的石墨烯包覆方法，其特征在于：在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在50%以上。
5.根据权利要求4所述的金属粉体材料的石墨烯包覆方法，其特征在于：在金属粉体材料与阻烧结剂形成的混合物中，所述阻烧结剂的质量百分含量在70%以上。
6.一种用于金属粉体材料表面包覆石墨烯的生长过程的阻烧结剂，其特征在于：所述阻烧结剂为耐高温且不容易发生化学反应的惰性颗粒。
7.根据权利要求6所述的阻烧结剂，其特征在于：所述阻烧结剂为硅和/或二氧化硅纳米粉。
8.权利要求6或7所述的阻烧结剂在金属粉体材料表面包覆石墨烯的生长过程中的应用。
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