CN110407198A - 石墨烯纳米硅复合材料的制备及应用 - Google Patents

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史浩飞
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Abstract

本发明属于材料领域，具体涉及一种石墨烯纳米硅复合材料的制备方法和应用。本发明提供了一种石墨烯纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，采用气相沉积法，将纳米硅放入等离子体化学气相沉积装置中，真空环境下，在等离子发生区域通入工作气体载入碳源，时间为15‑60min，在纳米硅表面得到三维石墨烯。本发明还提供了一种石墨烯纳米硅复合材料以及该材料在制备储能材料、光伏材料和散热材料中的应用。

Description

石墨烯纳米硅复合材料的制备及应用
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种石墨烯纳米硅复合材料的制备方法和应用。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，得益于其sp2轨道杂化及二维薄层结构，石墨烯及类石墨烯材料展现出了超高的强度、优异热导率和电导率、透光率以及柔性轻质等特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。
硅是一种半导体工业中使用的主要材料，历史上一直与摩尔定律的地位一致。随着科学技术的发展，先进的分析技术、增强现实技术、自动驾驶汽车、数字技术和物联网等颠覆性和变革性的技术都对硅材料性能的进一步改善提出了更高的要求。然后，由于硅本身的物理局限性，导致了其性能改善缓慢。
因此，本发明提出一种用石墨烯包覆纳米硅制得的石墨烯纳米硅复合材料，该复合结构的材料既保持了纳米硅的高容量特性，又体现了石墨烯的高导电和导热属性，从而大幅度提高复合材料的物理性能。
然而，目前制备石墨烯包覆纳米材料仍然存在一系列的技术工艺问题，如：1)石墨烯不容易均匀分散；2)不易制备出石墨烯含量较高的复合材料；3)界面反应较严重；4)制备工艺较为单一。
鉴于此，本发明提出一种改进的工艺方法，本发明无需复杂的预处理工艺和高温过程，能直接利用在纳米硅上快速制备石墨烯，具有重要的产业意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯纳米硅复合材料的制备方法。
石墨烯纳米硅复合材料的制备方法，采用气相沉积法，将纳米硅放入等离子体化学气相沉积装置中，真空环境下，在等离子发生区域通入工作气体载入碳源，时间为15-60min，在纳米硅表面得到三维石墨烯。
作为一种优选，沉积反应的时间为15min。
进一步，所述真空环境的真空度控制为10-200帕。
进一步，所述工作气体包括氢气、氩气、氦气和氮气中的一种或多种。
进一步，所述碳源为甲烷及含有SP3和SP2碳原子的有机化合物。
现有技术的一些制备方法中需要控制加热温度，但温度过高，会发生严重的界面反应，生成脆性界面相影响复合材料的性能；本发明的制备方法不需要高温过程，界面反应较弱，增强了基体界面结合，从而提高复合材料的强度、硬度和韧性等性能。
进一步，所述碳源包括甲烷、甲醇、乙醇、甲酸甲酯、乙炔的一种或多种。
进一步，所述工作气体的流速为10-100sccm；所述碳源的流速为5-100sccm。
进一步，所述离子发生区域的功率为100w-10kW。
进一步，所述石墨烯纳米硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将纳米硅放置于等离子体化学气相沉积装置中，将装置中的真空度抽至10-200帕；
2)在等离子发生区域通入氢气和氮气载入乙炔，等离子发生区域的功率为100w-10kW，氩气、氢气、甲烷气体的流量比为90-100:100-110:10-20sccm，常温，经过15-60min的沉积，在纳米硅表面得到三维石墨烯。
作为一种优选，氩气、氢气、甲烷气体的流量比为90:100:10。通过氩气的引入提高等离子强度，促进反应的均匀快速进行，利用高比例的氢气可以在包覆过程中减少非晶碳产物的生成，提高石墨烯的质量。
本发明的目的，还在于提供一种石墨烯纳米硅复合材料。
上述制备方法制得的石墨烯纳米硅复合材料。该复合结构的材料既保持了纳米硅的高容量特性，又体现了石墨烯的高导电和导热属性，从而大幅度提高复合材料的物理性能。
本发明的目的，还在于提供石墨烯纳米硅复合材料的应用。
上述石墨烯纳米硅复合材料在制备储能材料、光伏材料和散热材料中的应用。
本发明的有益效果：
1)本发明提供看一种石墨烯纳米硅复合材料的制备方法，本发明的工艺方法无需复杂的预处理工艺和高温过程，能直接利用在纳米硅上快速制备石墨烯，具有重要的产业意义。
2)本发明还提供了一种石墨烯纳米硅复合材料，该复合结构的材料既保持了纳米硅的高容量特性，又体现了石墨烯的高导电和导热属性，从而大幅度提高复合材料的物理性能，该材料能在制备储能材料、光伏材料和散热材料等领域有广阔的应用空间。
附图说明
图1石墨烯包覆纳米硅复合材料SEM图(×20000)。
图2石墨烯包覆纳米硅复合材料SEM图(×30000)。
图3石墨烯包覆纳米硅复合材料SEM图(×50000)。
图4石墨烯包覆纳米硅复合材料拉曼图
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行详细描述。所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
制备方法
利用微波等离子化学气相沉积方法，首先在石英管式真空炉中间放置硅粉，用机械泵将真空管式炉的真空度抽至10帕，通入工作气体，流速为10-100sccm；再通入碳源，流速为5-100sccm；打开微波电源，功率为200w，开始沉积，时间为15分钟，在纳米硅的表面得到石墨烯。见图1-图3。
实施例2
制备方法
利用微波等离子化学气相沉积方法，首先在石英管式真空炉中间放置硅粉，用机械泵将真空管式炉的真空度抽至200帕，通入工作气体氩气和氢气，流速为10-100sccm；再通入甲烷，流速为5-100sccm；氩气、氢气、甲烷按照气体流量比为90:100:10sccm；无需外加热源加热；打开微波电源，功率为200w；经过15-60min的沉积，在纳米硅粉表面得到三维石墨烯。得到的石墨烯的电子扫描显微镜图片见图1-图3，并对得到三维石墨烯进行拉曼光谱的测定，见图4。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.石墨烯纳米硅复合材料的制备方法，其特征在于，采用气相沉积法，将纳米硅放入等离子体化学气相沉积装置中，真空环境下，在等离子发生区域通入工作气体载入碳源，时间为15-60min，在纳米硅表面得到三维石墨烯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空环境的真空度控制为10-200帕。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述工作气体包括氢气、氩气、氦气和氮气中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源为甲烷及含有SP3和SP2碳原子的有机化合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括甲烷、甲醇、乙醇、甲酸甲酯、乙炔的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述工作气体的流速为10-100sccm；所述碳源的流速为5-100sccm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子发生区域的功率为100w-10kW。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)将纳米硅放置于等离子体化学气相沉积装置中，将装置中的真空度抽至10-200帕；
2)在等离子发生区域通入氢气和氮气载入乙炔，等离子发生区域的功率为100w-10kW，氩气、氢气、甲烷气体的流量比为90-100:100-110:10-20sccm，常温，经过15-60min的沉积，在纳米硅表面得到三维石墨烯。
9.权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得的石墨烯纳米硅复合材料。
10.权利要求9所述的石墨烯纳米硅复合材料在制备储能材料、光伏材料和散热材料中的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111785945A (zh) * 2020-07-21 2020-10-16 湖南中科星城石墨有限公司 石墨烯包覆纳米硅及制备方法、硅碳负极材料及制备方法
CN113549264A (zh) * 2020-04-26 2021-10-26 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法
CN113943923A (zh) * 2021-10-19 2022-01-18 昆明理工大学 一种基于特斯拉阀制备石墨烯复合材料的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103730658A (zh) * 2012-10-16 2014-04-16 海洋王照明科技股份有限公司 硅/石墨烯复合材料及其制备方法与锂离子电池
CN107058971A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 石墨烯复合材料的制备方法及应用
CN109957784A (zh) * 2019-04-12 2019-07-02 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种微波化学气相沉积制备二氧化硅/石墨烯纳米复合材料的方法及其产品

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103730658A (zh) * 2012-10-16 2014-04-16 海洋王照明科技股份有限公司 硅/石墨烯复合材料及其制备方法与锂离子电池
CN107058971A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 石墨烯复合材料的制备方法及应用
CN109957784A (zh) * 2019-04-12 2019-07-02 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种微波化学气相沉积制备二氧化硅/石墨烯纳米复合材料的方法及其产品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKASH SONI ET AL.: "Facile graphitization of silicon nano-particles with ethanol based chemical vapor deposition", 《NANO-STRUCTURES & NANO-OBJECTS》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113549264A (zh) * 2020-04-26 2021-10-26 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法
CN113549264B (zh) * 2020-04-26 2022-12-02 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种耐划伤聚丙烯材料及其制备方法
CN111785945A (zh) * 2020-07-21 2020-10-16 湖南中科星城石墨有限公司 石墨烯包覆纳米硅及制备方法、硅碳负极材料及制备方法
CN113943923A (zh) * 2021-10-19 2022-01-18 昆明理工大学 一种基于特斯拉阀制备石墨烯复合材料的方法

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