CN105834414A - 石墨烯锌基复合材料及其制备方法 - Google Patents

石墨烯锌基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯锌基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：钼粉4～8%，石墨烯7～9%，硼化钛5～9%，氧化锌4～12%，过氧化钠5～8%，羧甲基纤维素钠6～7%，粉煤灰1～8%，氮化硼2～6%，焦磷酸二氢二钠3～7%，其余为锌粉。制备方法：将各成分混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；过200目筛；在600～700MPa的压力下压制成型；烧结，保温时间为30～40min；降温冷却至15～30℃。本发明的拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为178～180MPa，弹性模量为86～90GPa，说明石墨烯的加入明显增强了复合材料的力学性能。

Description

石墨烯锌基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯锌基复合材料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
石墨烯具有质量轻、强度高、刚度好的特点，但是现有技术的石墨烯锌基复合材料的拉伸强度和屈服强度一般，使用范围受限。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种石墨烯锌基复合材料及其制备方法，该复合材料的拉伸强度和屈服强度较强，力学性能良好。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
石墨烯锌基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钼粉4～8%，石墨烯7～9%，硼化钛5～9%，氧化锌4～12%，过氧化钠5～8%，羧甲基纤维素钠6～7%，粉煤灰1～8%，氮化硼2～6%，焦磷酸二氢二钠3～7%，其余为锌粉。
作为优选，石墨烯锌基复合材料，含有以下质量百分含量的组分，钼粉5%，石墨烯8%，硼化钛6%，氧化锌8%，过氧化钠7%，羧甲基纤维素钠6.5%，粉煤灰5%，氮化硼4%，焦磷酸二氢二钠5%，其余为锌粉。
作为优选，石墨烯为单层石墨烯或双层石墨烯。
作为优选，粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的50～55%。
石墨烯锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；
（5）降温冷却至15～30℃。
作为优选，步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
作为优选，步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
原理：石墨烯的加入限制了基体的变形，导致基体处于很高的应力状态，宏观上增强了复合材料的力学性能。
有益效果
本发明的拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为178～180MPa，弹性模量为86～90GPa，说明石墨烯的加入明显增强了复合材料的力学性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
实施例1
含有以下质量百分含量的组分，钼粉5%，石墨烯8%，硼化钛6%，氧化锌8%，过氧化钠7%，羧甲基纤维素钠6.5%，粉煤灰5%，氮化硼4%，焦磷酸二氢二钠5%，其余为锌粉。
石墨烯为单层石墨烯或双层石墨烯。
粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的52.5%。
石墨烯锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为160℃，烘干时间1,5h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在650MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为650℃，烧结压力为2.5MPa，保温时间为35min；
（5）降温冷却至25℃。
步骤（4）升温速率为85℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例2
石墨烯锌基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钼粉4%，石墨烯7%，硼化钛5%，氧化锌4%，过氧化钠5%，羧甲基纤维素钠6%，粉煤灰1%，氮化硼2%，焦磷酸二氢二钠3%，其余为锌粉。
粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的50%。
石墨烯锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为155℃，烘干时间1h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600℃，烧结压力为2MPa，保温时间为30min；
（5）降温冷却至15℃。
步骤（4）升温速率为80℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例3
石墨烯锌基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钼粉8%，石墨烯9%，硼化钛9%，氧化锌12%，过氧化钠8%，羧甲基纤维素钠7%，粉煤灰8%，氮化硼6%，焦磷酸二氢二钠7%，其余为锌粉。
石墨烯为单层石墨烯或双层石墨烯。
粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的55%。
石墨烯锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为165℃，烘干时间2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为700℃，烧结压力为3MPa，保温时间为40min；
（5）降温冷却至30℃。
步骤（4）升温速率为90℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
实施例4
石墨烯锌基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：钼粉5%，石墨烯7%，硼化钛9%，氧化锌10%，过氧化钠5%，羧甲基纤维素钠7%，粉煤灰4%，氮化硼3%，焦磷酸二氢二钠7%，其余为锌粉。
石墨烯为单层石墨烯或双层石墨烯。
粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的50～55%。
石墨烯锌基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为155℃，烘干时间2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600℃，烧结压力为2MPa，保温时间为30min；
（5）降温冷却至30℃。
步骤（4）升温速率为80℃/min。
步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
对比例1
与实施例1相同，不同在于：不加石墨烯。
性能测试试验
测试结果见下表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
拉伸强度MPa 276 274 269 273 214
屈服强度MPa 180 178 177 178 111
弹性模量GPa 90 86 88 86 48
结论：对比例1的拉伸强度为214MPa，屈服强度为111MPa，弹性模量为48GPa，本发明的拉伸强度为269～276MPa，屈服强度为178～180MPa，弹性模量为86～90GPa，说明石墨烯的加入明显增强了复合材料的力学性能。

Claims (7)

1.石墨烯锌基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：钼粉4～8%，石墨烯7～9%，硼化钛5～9%，氧化锌4～12%，过氧化钠5～8%，羧甲基纤维素钠6～7%，粉煤灰1～8%，氮化硼2～6%，焦磷酸二氢二钠3～7%，其余为锌粉。
2.根据权利要求1所述的石墨烯锌基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分，钼粉5%，石墨烯8%，硼化钛6%，氧化锌8%，过氧化钠7%，羧甲基纤维素钠6.5%，粉煤灰5%，氮化硼4%，焦磷酸二氢二钠5%，其余为锌粉。
3.根据权利要求1所述的石墨烯锌基复合材料，其特征在于，石墨烯为单层石墨烯或双层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的石墨烯锌基复合材料，其特征在于，粉煤灰包括SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2，其中SiO2、Al2O3的含量可占粉煤灰总含量的50～55%。
5.基于权利要求1所述的石墨烯锌基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将钼粉，石墨烯，硼化钛，氧化锌，过氧化钠，羧甲基纤维素钠，粉煤灰，氮化硼，焦磷酸二氢二钠，锌粉混匀后烘干，烘干温度为155～165℃，烘干时间1～2h；
（2）过GB6003规定的200目筛；
（3）在600～700MPa的压力下压制成型；
（4）烧结，烧结温度为600～700℃，烧结压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；
（5）降温冷却至15～30℃。
6.根据权利要求5所述的石墨烯锌基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）升温速率为80～90℃/min。
7.根据权利要求5所述的石墨烯锌基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）降温速率为1.5℃/min。
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