CN108770354A - 高导电性的石墨烯-金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本技术的其中一种成品是石墨烯‑金属复合材料。典型石墨烯‑金属复合材料应包含多孔金属泡沫衬底、沉积到多孔金属泡沫衬底上的石墨烯层、施加到石墨烯层表面的金属层，以及沉积到金属层上的另一层石墨烯。然后再对这个具有多层结构的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成石墨烯‑金属复合材料。

Description

高导电性的石墨烯-金属复合材料及其制备方法
技术领域
本技术涉及各种制备方法，包括但不限于使用其他材料(例如把石墨烯或锡烯沉积在多孔金属泡沫上，然后进行压缩)产成石墨烯-金属复合材料或锡烯-金属复合材料，以显著提升材料本身的传热和导电特性。
发明内容
本技术的其中一种成品是石墨烯-金属复合材料，其中包括：任何多孔金属泡沫衬底及沉积到多孔金属泡沫衬底上的石墨烯层。沉积有石墨烯的多孔金属泡沫衬底然后会被压缩成石墨烯-金属复合材料。本技术的另一种成品是锡烯-金属复合材料，其中包括：任何多孔金属泡沫衬底及沉积到多孔金属泡沫衬底上的锡烯层。沉积有锡烯的多孔金属泡沫衬底然后会被压缩成锡烯-金属复合材料。
在某些实践中，我们可以通过将石墨烯或锡烯沉积到多孔金属泡沫衬底上，再将沉积有石墨烯或锡烯的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成石墨烯-金属复合材料或锡烯-金属复合材料。其中一种把石墨烯或锡烯沉积到多孔金属泡沫衬底上的方法是化学气相沉积法。
本技术可用于制备另一种石墨烯-金属复合材料，其中包含：任何多孔金属泡沫衬底；沉积到多孔金属泡沫衬底上的石墨烯层；施加在石墨烯层表面的金属层；以及沉积到金属层上的另一层石墨烯。这个具有多层结构的多孔金属泡沫衬底然后会被压缩成另一种石墨烯-金属复合材料。本技术也可用于制备另一种锡烯-金属复合材料，其中包含：任何多孔金属泡沫衬底；沉积到多孔金属泡沫衬底上的锡烯层；施加在锡烯层表面的金属层；以及沉积到金属层上的另一层锡烯。这个具有多层结构的多孔金属泡沫衬底然后会被压缩成另一种锡烯-金属复合材料。
在某些实践中，我们可以将一层石墨烯或锡烯沉积到多孔金属泡沫衬底上，然后在石墨烯或锡烯表面上施加一层金属；再在金属层上沉积另一层石墨烯或锡烯；最后将这个多层多孔金属泡沫衬底进行压缩以形成石墨烯-金属复合材料或锡烯-金属复合材料。
附图说明
图1A是泡沫镍的内部结构(扫描电子显微照片)；
图1B是开孔式金属泡沫衬底，例如泡沫镍(概念图)；
图2是石墨烯的化学结构；
图3是采用化学气相沉积法将石墨烯沉积在开孔式金属泡沫衬底上，形成开孔式石墨烯-金属复合材料(概念图)；
图4是化学气相沉积法(CVD)工艺示例；
图5是采用本技术制备石墨烯-金属复合材料的示例方法(流程图)；
图6是采用本技术制备、经石墨烯强化的包覆材料(横截面)；
图7是采用本技术制备、经石墨烯强化并以辊压方式结合的镍和铜箔(横截面)；
图8是通过本技术再采用强化泡沫镍压铸而成的框架；
图9是采用本技术制备石墨烯-金属复合材料的另一示例方法(流程图)；
图10是用于实现本技术的示例计算机系统(示意图)。
具体实施方式
为了进一步解释此项技术(而非出于限制目的)，本文阐述了更多具体细节，例如其实际应用、程序步骤、所需技术等，旨在确保读者能对本发明有更深入透彻的理解。此外，对相关技术有所认识的行内人也能以本文内容为基础，针对此技术研发出其他实践方式。
本文主要涉及石墨烯-金属复合材料和锡烯-金属复合材料及其制备方法。石墨烯是目前最坚硬的材料，也是最出色的导电体，最重要是它相当轻盈，可以应用于很多不同地方，例如用来生产电力驱动汽车的电池、滤水器的过滤材料、消费电子产品中的可弯曲LCD屏幕，以及各式各样的纳米电子产品，更可用于生产商用飞机上的超轻机身板。制备石墨烯、石墨烯组件及石墨烯相关系统的技术目前正在迅速发展中。
锡烯是一种超薄的超导体，可以进行集成用于生产计算机芯片，以提高速度和能源效率。
石墨烯是一种平面单层紧密打包成一个二维(2D)蜂窝晶格的碳原子，只有一个原子层的厚度，是所有其他维度的石墨材料的基本构建模块；而锡烯则是由单层锡原子组成的二维晶体材料(可以有氟原子存在)，因此石墨烯和锡烯两者均具有较大的表面体积比和非常有限的容量(因为它们十分纤薄)。然而，由于石墨烯能非常有效地传递热力，因此很适合用作散热器的材料。当石墨烯叠加在另一层石墨烯之上，便会形成非常易脆且导电性较差的石墨。当前要解决的就是石墨烯的热容量和电容量的问题。由较重锡原子组成的锡烯是拓扑绝缘体，在室温或高于室温的环境下能达至100％的电子转移效率。此外，通过在锡原子结构中加入氟原子，锡烯在接近水沸点的温度下会变成超导电体。
在本技术中，我们会通过如化学气相沉积的方法，将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底上，也可以使用其他材料(例如锡烯)来代替石墨烯。此外，我们也可以使用任何金属泡沫，包括但不限于泡沫镍和泡沫铜。在某些实践中，我们可以使用化学气相沉积法，以石墨烯覆盖泡沫镍内部的空隙和金属桥。通过压缩沉积有石墨烯的泡沫镍，便可以得出具有平坦石墨烯基质的石墨烯-金属复合材料以允许电流通过。在进行压缩前，我们也可以沉积额外几层石墨烯，但不能直接沉积在碳原子上，否则会形成石墨，解决办法是先在石墨烯表面镀上其他金属层(例如铜、镍、钯或金等)，再把另一层石墨烯沉积到金属镀层上，累积目标数量的石墨烯层后，便可以进行压缩。在某些实践中，以石墨烯或锡烯强化的多孔金属泡沫可以用来生产光纤，能有效提升传热、导电和屏蔽性能。
接下来，我们将配合附图进一步说明本技术的详细好处。
图1A和图1B所展示的是泡沫镍的内部结构；图1A是泡沫镍的SEM显微照片，展示了它的微观结构；而图1B则是开孔式金属泡沫衬底的概念图。开孔式金属泡沫所指的是由多个单元组成的结构，其中每个单元的内层表面与相邻单元相通，这跟闭孔式单元结构刚好相反，后者每个单元都是独立存在，就像气泡结构一样。图1B中的开孔式金属泡沫结构(100)包括由多个空隙空间(120)形成的金属泡沫(110)。根据实践示例，开孔式金属泡沫结构(100)由镍构成。泡沫镍是具有非常高孔隙率且密度低的可渗透材料，孔隙率介于按体积计的70％至98％。某些实践所使用的泡沫镍有至少95％的体积都是由空隙组成。
在某些实践中，此技术所使用的泡沫镍可以通过在聚氨酯泡沫表面镀上镍金属制成，其中一种方法是利用化学气相沉积(CVD)的技术，然后再将镀上镍的聚氨酯泡沫加热以去除聚合物衬底，最后只留下我们想要的多孔镍。实际孔径取决于聚合物模板的孔径。CVD工艺的独特之处，在于它能够在聚合物衬底上均匀地分布所需厚度的镍。镍的厚度取决于衬底留在电镀室内的时间长短。
图2中所示的是石墨烯的化学结构。石墨烯是一种六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米薄膜，具有非常理想的物理特性。从表1可见，石墨烯是当中强度最高的材料，杨氏模量高达1000GPa，同时具有很好的韧性，且可以弯曲。此外，石墨烯也可以转移到任何具有形状的表面上(平坦或不规则均可)。与表1其他材料相比，石墨烯是表现最出色的导电体，具有高达5020W/m*K的理论电导率，而且也能非常有效地传热。石墨烯只有一个原子层的厚度，具有很高的表面积与体积比，但由于非常纤薄，导致容量相当有限。
由石墨烯晶格结构演变出来的其他碳同素异形体包括石墨、钻石和碳纳米管。石墨由多层石墨烯堆叠而成，虽然每层碳原子彼此紧密排在一起，但层与层之间的「范德瓦尔斯键」相当薄弱，令这些碳原子层可以横向滑动，因此石墨非常容易脆裂。如表1所示，石墨烯的电导率是石墨的3倍以上。
钻石是纯碳最稳定的呈现方式，只有两种方法可以实现这种四面体晶格结构：高压加高温或化学气相沉积，因此钻石是非常难于制造的材料。钻石的密度是石墨烯的15倍，但石墨烯具有较高的抗拉强度，具有如表1所示相当水平的杨氏模量。
碳纳米管是指呈管状的石墨烯层，直径可以小至几个纳米，但长度可以长达几毫米。碳纳米管是其中一种强度最高的纤维，与石墨烯一样具有高导电性。某些碳纳米管的直径为1.3至3纳米，比泡沫镍中最细小的空隙还要小。与单层石墨烯不同，碳纳米管能够使用比传统硅晶体管少三倍的功率打开和关闭。
表1：不同材料的强度和导热性能。
图3所显示的是在开孔式金属泡沫衬底(110)上对石墨烯进行化学气相沉积(CVD)而形成的开孔式石墨烯-金属泡沫(300)。石墨烯层(310)可通过CVD工艺沉积在金属泡沫(110)上以形成石墨烯-金属泡沫(300)。举个例子，石墨烯层(310)可以沉积在金属泡沫空隙(120)内的金属泡沫(110)内表面之上，得出石墨烯-金属泡沫空隙空间(320)。
通过进行如图4所示的CVD工艺，我们可以使用任何合适材料在不同条件下生成石墨烯。方法是在密封室内分别设置一条内管(410)和外管(420)，再使至少两种气体流过，例如甲烷(CH4)和氢气(H2)，并使这些气体在中心的涡旋处相遇；然后让如泡沫镍这类金属泡沫衬底(430)通过密封室。当金属泡沫衬底(430)在密封室的退火区(440)内被加热，并让甲烷和氢气分别流过内管(410)和外管(420)，此时氢气将催化甲烷与金属泡沫衬底(430)的表面和空隙产生反应，使得来自甲烷的碳原子沉积到金属泡沫衬底(430)的空隙之上和之内。当碳原子在金属衬底表面占据稳定位置后，便会将其它碳原子推到一边，形成单层碳原子结构。随着密封室在生成区(450)迅速冷却，所沉积的碳层会在金属泡沫衬底(430)上结晶成石墨烯层，所沉积的碳层将不会聚集形成块状石墨。在某些实践中，我们会让金属泡沫衬底(430)通过密封转换器，得出沉积有石墨烯的金属泡沫衬底(460)。
与在固体金属薄膜上沉积单层石墨烯的做法相比，在金属泡沫衬底上进行CVD提供了更大的表面积让石墨烯沉积。举例来说，体积为1英寸×1英寸×0.003英寸的固体镍膜片每侧可沉积一层厚0.0000000078英寸的石墨烯，即每侧有46×1015个原子。基于原子数量，我们可以计算出石墨烯的重量(克)。同理，只要我们有金属泡沫的孔隙率，就可以计算出进行压缩之前沉积到一块1英寸×1英寸×0.062英寸的泡沫镍片上的原子重量。
图5是应用本技术制备石墨烯-金属复合材料的流程图，显示出用于生产石墨烯-金属复合材料的实际方法(500)。在步骤(510)中，我们先将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底上，某些实践会使用泡沫镍，因为泡沫镍具有95％或以上的孔隙率。在多项实践中，石墨烯成功通过如图4所示的化学气化沉积法沉积到泡沫镍之上。
除此之外，我们还可以使用各种不同方法来生产石墨烯。根据某些实践，我们可以通过化学方法合成出石墨烯，即使用化学品来对石墨进行纯化，再通过加热把碳原子重新排列成纳米结构，其可以进一步被加工成片材、添加到泡沫镍上，或者加工成碳纳米管。此外，我们也可以使用催化剂材料，并让经过加热的富碳气体流过金属表面，在整个金属泡沫的多孔结构中生成碳纳米管绳，填满金属泡沫内的所有空隙。当产生所需数量的碳纳米管，我们便可以对泡沫进行压缩，所得出的材料具有出色的传热和导电特性。
在部份实践中，我们也可以使用超声辐射从石墨制造出石墨烯。方法是将石墨加入至稀量有机酸、酒精和水的混合物中，再把混合物暴露于超声波照射下。在有机酸的作用下，石墨内层与层之间的范德瓦尔斯键会被打破，分离出单层碳原子，并得出大量未损坏且高质量的石墨烯。
如图6所示，覆盖有石墨烯的泡沫镍材料(602)可以辊压方式与结构材料(604)的表面相结合，从而提升结构材料的传热和导电性能，并允许传热、导电和屏蔽性能沿着共平面及跨平面路径行进，不仅能够增加容量，更可放大复合材料作为超级导管的性能。在把结构材料与覆盖上石墨烯的泡沫相结合之前，也可以添置缓冲区域并加入传热路径，提升整个结构材料的散热表现。请参见于2015年10月6日提交的《多层合金/非合金复合材料及其制备方法》的美国专利申请案(序号为14/876,733)。本申请案将进一步说明辊压包覆材料的其他实践方式。
如图7所示，覆盖上石墨烯的铜箔层(704)可以通过辊压方式结合在一起。以一片厚0.003英寸的辊压粘合材料为例，上下两个外层分别是0.0004英寸厚的镍(702)，中间则是六层每层0.0004英寸厚的铜(704)(内层)。在镍箔(702)外层表面覆盖上石墨烯，将得出八层石墨烯；另外还会有12层石墨烯覆盖在该六层铜箔(704)上，即在0.003英寸厚的辊压粘合材料中就总共得出20层石墨烯。在某些实践中，石墨烯也可以在镍、铜、锡或任何其他金属薄膜上生成，其后这些金属薄膜将通过包覆工艺结合在一起。由此产生的复合材料具有多层金属和石墨烯，不仅大大增加容量，而且具有更高的传热、导电和屏蔽性能。
除此之外，我们也可以通过3D技术把金属、热塑料或导电弹性体打印在泡沫镍的空隙之中。另一些将热塑料或金属引入表面或泡沫镍空隙的方法包括注塑、压塑和压铸法。根据示例，传热路径可以选择性地添加到泡沫镍的某些区域，使选定区域具有导热能力，而其他区域则维持绝缘，然后便可对泡沫镍进行压缩。
在其他实践中，我们也可以使用压铸或注塑技术，把至少具有一层石墨烯沉积物的强化石墨烯-镍泡沫材料(802)制成框架(804)，例如铝质手机框或其他铝框、锌框、塑料框等(如图8所示)。在把泡沫镍(802)压铸成铝外壳(804)后，泡沫镍(802)和铝外壳之间的应力将非常有限，然后我们便可将泡沫镍(802)压缩至只有0.1-0.45毫米厚，同时保持泡沫表面均匀平坦，并与压铸框架(804)呈平行排列。
在步骤(520)中，我们可以使用任何压缩方法将沉积有石墨烯的金属泡沫衬底压缩至想要的厚度。在某些应用中，沉积有石墨烯的金属泡沫衬底会被大幅度压缩(封闭金属泡沫衬底内的所有空隙)，使得沉积有石墨烯的金属泡沫衬底比未被压缩的金属泡沫衬底更纤薄。举个例子，厚度为0.200英寸的泡沫镍可以通过CVD技术覆盖上石墨烯，再把已覆盖石墨烯的泡沫镍轧制或压缩成厚度只有0.010英寸的石墨烯-镍复合材料，其厚度比未被压缩的泡沫镍薄二十倍之多。在其他应用中，我们也可以通过调整压缩幅度，控制石墨烯-金属复合材料的弹性特质。
石墨烯-镍复合材料内含附有石墨烯的泡沫镍，比单层石墨烯有效近40倍。压缩处理也能大大提升泡沫镍的特性，并形成传热和导电路径。由于石墨烯具有弹性和拉伸特性，因此可以被压缩作不同用途。可是，石墨烯不应曝露于高温环境(带氧环境超过700℃)，否则会分解并转化成二氧化碳。
图9所示的是另一个利用本技术制备石墨烯-金属复合材料的方法。在这种方法(900)中，我们可在金属泡沫衬底上覆盖多层石墨烯。与方法(500)相类似，方法(900)的首个步骤(910)是将石墨烯沉积到多孔金属衬底之上。在某些实践中，我们可以利用化学气相沉积法，或通过化学方法合成出石墨烯。
在步骤(920)，我们会以闪镀或电镀方式把一层金属施加到沉积有石墨烯的金属泡沫衬底之上。我们需要在石墨烯层之间施加金属层作分隔，因为如前所述，直接堆叠石墨烯层将产生石墨，而石墨比较容易脆裂，传热性能也不及石墨烯。通过将多层石墨烯和金属添加到金属泡沫衬底之上，石墨烯-金属复合材料的传热和导电性能会呈指数增长。此外，施加在石墨烯层之间的金属可以是任何金属，包括但不限于铜、镍、钯或金；而石墨烯也可以生成于任何衬底之上，例如玻璃和陶瓷(但导电能力较低)。镍的特性较为有利于石墨烯的生成(单次每侧生出两层石墨烯)，也具有非常出色的延展性和抗腐蚀能力。可惜它的强度未算理想，导电率也比铜低四倍。相比之下，铜较为柔软，具有可塑性，而且传热性能理想。
在步骤(930)中，我们会通过化学气相沉积法将石墨烯沉积到金属层上，除了化学合成技术之外，我们也可以使用其他合成和沉积石墨烯的方法。此外，我们可以重复步骤(920)和(930)以沉积目标数量的石墨烯层。举个例子，我们可以重复步骤(920)和(930)约6、7甚至8次。当沉积了所需数量的石墨烯层后，便可进入步骤(940)将具有多层结构的金属泡沫衬底压缩或滚压至理想厚度，得出石墨烯-金属复合材料。
图10展示了可用于控制化学气相沉积程序和压缩机器操作的示例计算机系统(1)。它可以选择适当的热分布以控制石墨烯沉积期间的加热和冷却操作。
我们可以利用计算机系统(1)来驱使机器执行本文讨论过的任何一种或多种方法。从多项实践中可见，机器可以作为独立设备运行，或者连接(以联网方式)至其他机器一起操作。在联网设置中，机器也可以作为服务器运作；在服务器-客户端网络环境中作为客户端机器运行；或者在对等(或分布式)网络环境中作为对等机器操作。此机器可以是机器人构建标记设备、基站、个人计算机(PC)、平板电脑、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、手机、便携式音乐播放器(便携式硬盘音频设备，例如MP3播放器)、网络设备、网络路由器、交换机或网桥，或者任何能够执行一组指令(顺序或倒序)以进行指定动作的机器。此外，虽然图中显示的是单一台机器，但「机器」也应被理解为包括所有能够执行指令的单一或一组(或多组)机器。
一般适用的计算机系统(1)应包括一个或多个处理器(5)(如中央处理单元、图形处理单元或两者兼备)，以及主存储器(10)和静态存储器(15)，彼此之间经由总线(20)进行沟通。计算机系统(1)还可以包括视频显示器(35)(如液晶显示器)、字母数字输入设备(30)(如键盘)、光标控制设备(如鼠标)、语音识别或生物识别验证单元(未有显示)、驱动单元(37)(也称为盘驱动单元)、信号生成设备(40)(如扬声器)和网络接口设备(45)。此外，计算机系统(1)还可以包括数据加密模块(未有显示)为数据进行加密。
其中驱动单元(37)包括计算机或机器可读介质(50)，当中存储了体现或利用本文所述任何一种或多种方法或功能的一组或多组指令和数据结构(如指令(55))。在计算机系统(1)执行期间，指令(55)还可以(完全或至少部分)驻留于主存储器(10)和/或处理器(5)之内。主存储器(10)和处理器(5)也可算是机器可读介质。
然后，指令(55)可以进一步经由网络接口设备(45)利用其中一种传输协议(如超文本传输协议，即HTTP)在网络上进行传输或接收。虽然图中所示的机器可读介质(50)是单一实体，但「计算机可读介质」应被理解为包括可存储一组或多组指令的单个或多个介质(例如集中式或分布式数据库和/或关联高速缓存和服务器)。此外，「计算机可读介质」也应被理解为包括任何能够存储、编码或承载由机器执行的指令，并驱使机器执行本文所提及的任何一种或多种方法，或者能够存储、编码或承载由这组指令使用或与之相关联的数据结构的任何介质。因此，「计算机可读介质」应包括但不限于固态存储器、光学和磁性介质以及载波信号。这种介质还可以包括但不限于硬盘、软盘、闪存卡、数字视频盘、随机存取存储器(RAM)及唯读存储器(ROM)等。本文所述的示例可在安装有相关软件的计算机、硬件或者软硬件兼备的操作环境中实现。
并非所有计算机系统(1)中的组件都是必需的，我们可以移除部分不需要的组件，例如输入/输出(I/O)设备，即输入设备(30)。此外，我们也可以为已连接至互联网服务的一个或多个计算设备提供互联网访问，此等计算设备可以包括一个或多个处理器、总线、存储器设备、显示器、输入/输出设备等。此外，互联网服务也可以连接至一个或多个数据库、存储库及服务器等，用于实现本文所述的任何应用。
每次本文提及「一个实践方式」或「某个实践」，代表与其相关的指定特征、结构或特性已包括在本发明至少其中一个示例之中。因此，在本文不同地方出现的短语「在某个实践中」或「根据某个实践示例」(或具有类似意思的其他短语)不一定都指向同一个示例。此等指定特征、结构或特性可能会以任何形式存在于单一或多个示例当中。此外，根据上下文内容而定，任何术语可以单数或复数形式同时出现在文中不同地方。同理，带有连字符的术语(例如「On-demand)可偶尔与不带连字符的版本(例如「On demand」)互换使用；大写条目(例如「Software」)可与其非大写版本(例如「software」)互换使用；某些术语的复数形式也可以使用或不使用撇号(例如「PE's」或「PEs」)来表示；而斜体(例如「N+1」)则可与非斜体版本(例如「N+1」)互换使用。这种偶然互换使用的情况不应被视为上下文不一致。
除此之外，某些实践示例可能会被描述为是执行个别或一组任务的「方法」，此等「方法」应理解为包括处理器、存储器或I/O设备(如照相机)等结构的使用。此外，这也可以包括相关功能或方法步骤的描述，或者以数学公式、描述文字、流程图或信号图的方式呈现。
本文所用的术语仅用于描述指定实践示例，而非要意图限制发明使用范围。如前段所述，除非上下文另外清楚指明，否则所有单数形式的冠词(如「a」、「an」及「the」)应同时包括其复数形式的含义。此外，文中所用的「包括」和/或「包含」代表所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或即将添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
虽然本文已描述系统的具体实践示例和应用，但系统仍有进行各种修改的可能性。举例来说，尽管所述过程或步骤以既定顺序呈现，但我们可以按照不同顺序执行步骤，也可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改某些程序或步骤。所有这些程序或步骤都可以各种不同方式实践。此外，尽管这些程序或步骤有时会显示为连续执行的串联动作，但是我们也可以同时执行多个程序或步骤，或在不同时间分开执行某些步骤。
虽然上文已经描述多种实践方式，但注意它们仅为当中部份示例，不应被它们限制本技术的实际应用。本文的描述并非要把本发明的实践范围局限于某些指定形式，而是要鼓励在本发明的精神和研究范围内(按照所附权利要求或由行内专业人员定义)提出其他替代方案、适当修改和类似做法。因此，首选实践方式的范围不应受到任何上述实践示例所限制。

Claims (32)

1.用于生产石墨烯-金属复合材料的方法，当中包括：将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底上，并对沉积有石墨烯的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成石墨烯-金属复合材料。
2.权利要求1所述的方法，其中所述的多孔金属泡沫衬底应为泡沫镍或泡沫铜。
3.权利要求1所述的方法，其中所述多孔金属泡沫衬底的孔隙率不得低于70％。
4.权利要求1所述的方法，其中所述的石墨烯由锡烯取代，以形成锡烯-金属复合材料。
5.权利要求1所述的方法，其中将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底的程序应通过化学气相沉积法进行。
6.权利要求1所述的方法，其中将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底的程序是通过在多孔金属泡沫衬底表面生成碳纳米管，然后再对多孔金属泡沫衬底进行压缩。
7.权利要求1所述的方法，其中将石墨烯沉积至多孔金属泡沫衬底的程序包括：
在多孔金属泡沫衬底的空隙内合成碳纳米管，并用碳纳米管线穿过多孔金属泡沫衬底内的空隙，然后再对多孔金属泡沫衬底进行压缩。
8.权利要求1所述的方法，其中将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底的程序应包括将热弹性体聚合物或金属以3D印刷法添加至多孔金属泡沫衬底表面的空隙内，再对所述多孔金属泡沫衬底进行压缩。
9.权利要求8所述的方法，其中包括将热弹性体或金属选择性地添加至多孔金属泡沫衬底的某些区域，然后再对所述多孔金属泡沫衬底进行压缩。
10.权利要求1所述的方法，其中覆盖有石墨烯的多孔金属泡沫衬底将被压缩以去除当中大部分空隙，并使其比未被压缩的多孔金属泡沫衬底更纤薄。
11.权利要求1所述的方法，另外包括将石墨烯-金属复合材料以压铸或注塑方式制成铝、锌或塑料框架。
12.权利要求1所述的方法，另外包括将所述石墨烯-金属复合材料以辊压方法与构件相结合。
13.权利要求1所述的方法，另外包括将至少一层石墨烯-金属复合材料通过辊压方式与至少一层覆盖有石墨烯的铜箔相结合。
14.包含以下各项的石墨烯-金属复合材料：多孔金属泡沫衬底和沉积到多孔金属泡沫衬底上的石墨烯层。再对多孔金属泡沫衬底和石墨烯层进行压缩并形成石墨烯-金属复合材料。
15.权利要求14所述的石墨烯-金属复合材料，其中所述的多孔金属泡沫衬底应为泡沫镍或泡沫铜。
16.权利要求14所述的石墨烯-金属复合材料，其中所述多孔金属泡沫衬底的孔隙率不得低于70％。
17.权利要求14所述的石墨烯-金属复合材料，其中将石墨烯沉积到多孔金属泡沫衬底的程序应通过化学气相沉积法进行。
18.权利要求14所述的石墨烯-金属复合材料，其中覆盖有石墨烯的多孔金属泡沫衬底将被压缩以去除当中大部分空隙，并使其比未被压缩的多孔金属泡沫衬底更纤薄。
19.制备石墨烯-金属复合材料的方法，当中包括以下步骤：
在多孔金属泡沫衬底上沉积一层石墨烯；
在石墨烯层表面施加一层金属；
在金属层上沉积另一层石墨烯；及
将具有多层结构的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成石墨烯-金属复合材料。
20.权利要求19所述的方法，其中在石墨烯层表面施加金属层，然后在金属层上沉积另一层石墨烯的步骤将被不断重复，直到得出所需层数，再对所述多层多孔金属泡沫衬底进行压缩。
21.权利要求19所述的方法，其中将金属层施加到石墨烯层表面的程序应通过闪镀方式进行。
22.权利要求19所述的方法，其中施加到所述石墨烯层表面的金属应为镍或铜。
23.权利要求19所述的方法，其中施加到所述石墨烯层表面的金属应为钯。
24.权利要求19所述的方法，其中施加到所述石墨烯层表面的金属应为金。
25.权利要求19所述的方法，其中所述的多孔金属泡沫衬底应为泡沫镍或泡沫铜。
26.权利要求19所述的方法，其中所述多孔金属泡沫衬底的孔隙率不得低于70％。
27.权利要求19所述的方法，其中所述的石墨烯由锡烯取代，以形成锡烯-金属复合材料。
28.权利要求19所述的方法，其中石墨烯的沉积程序应通过化学气相沉积法进行。
29.包含以下各项的石墨烯-金属复合材料：
多孔金属泡沫衬底；
沉积到多孔金属泡沫衬底上的石墨烯层；
施加到石墨烯层表面的金属层；及
沉积到金属层上的另一层石墨烯。
再将具有多层结构的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成石墨烯-金属复合材料。
30.权利要求29所述的石墨烯-金属复合材料，其中在石墨烯层表面施加金属层，然后在金属层上沉积另一层石墨烯的步骤将被不断重复，直到得出所需层数，再对所述衬底进行压缩。
31.包含以下各项的锡烯-金属复合材料：多孔金属泡沫衬底和沉积到多孔金属泡沫衬底上的锡烯层。再对多孔金属泡沫衬底和锡烯层进行压缩并形成锡烯-金属复合材料。
32.包含以下各项的锡烯-金属复合材料：
多孔金属泡沫衬底；
沉积到多孔金属泡沫衬底上的锡烯层；
施加到锡烯层表面的金属层；及
沉积到金属层上的另一层锡烯。
再将具有多层结构的多孔金属泡沫衬底进行压缩，以形成锡烯-金属复合材料。
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