CN110775960A - 一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用 - Google Patents

一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和铝合金中的应用。所述Al2O3包覆的石墨烯制备方法如下：(a)将铝盐、六次甲基四胺和活性剂混溶，制得均匀透明的凝胶体；(b)将氧化石墨烯分散液按比例加入到上述制得的凝胶体内，超声搅拌后离心、洗涤，干燥即可。本发明制得的Al2O3包覆的石墨烯可用于制备石墨烯增强型铝合金复合材料。本发明通过在石墨烯表面包覆Al2O3可有效防止石墨烯团聚，实现石墨烯在铝合金基体中的均匀分散，而且Al2O3可改善石墨烯纳米材料与铝合金基体之间的界面性能，避免选择性激光熔化过程中的高能量激光束直接作用在石墨烯上而使石墨烯结构被破坏，最大程度保留了石墨烯的本征性能。

Description

一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子组成的单原子层结构的材料，凭借其独特的机械、电学、化学及光学等方面的优异性能，受到材料界的极大重视。相比于传统增强体，石墨烯具有最低的密度、最高的导热性能、最优良的力学性能，因此石墨烯自发现起就被认为是一种非常有发展前途的增强体材料。石墨烯的应用为进一步提高包括铝合金在内的传统材料的导热性、机械强度等性能，实现高性能化、轻质化提供了新的解决途径。
当前，石墨烯铝基复合结构材料制备面临3个方面的困难：①石墨烯分散性差，在铝基体中含量较高时，容易出现团聚现象，反而降低了复合材料的性能；②不同于以往零位富勒烯、一维碳纳米管，石墨烯铝基复合材料界面反应难以控制，容易形成Al4C3，破坏复合材料的性能；③石墨材料与铝及其合金的润湿性一般较差，不易形成较强的界面结合。
石墨烯因高温化学稳定性高一般不会直接与Al反应生成脆性的Al4C3，但若温度控制不当时石墨烯仍会与铝基体产生Al4C3，这种脆性化合物的产生会显著影响石墨烯与铝基体的界面结合，进而影响复合材料的性能。一些研究表明，通过在石墨烯表面包覆SiC、TiC等可以隔绝石墨烯与铝的直接接触，在抑制Al4C3生成的同时也可以提高石墨烯与铝基体的润湿性。此外，在选择性激光熔化过程中，高能激光束直接作用在石墨烯表面时，超高的瞬时温度会破坏石墨烯特有的二维结构，从而影响石墨烯的本征性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用，本发明要达到的目的是：(1)避免石墨烯在铝合金基体中发生“团聚”，实现均匀分散；(2)提升石墨烯与铝合金基体的界面结合性能，提高“润湿性”；(3)通过在石墨烯表面包覆纳米层，保护石墨烯的特有结构。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种Al2O3包覆的石墨烯，所述Al2O3包覆层的厚度为2～5nm。
本发明的第二个方面，在于提供上述所述Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)按比例将铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S混合均匀，获得混合溶液，然后将所述混合溶液加热至70～85℃，保温30～40min，制得均匀透明的Al2O3凝胶体；其中：所述铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S的用量比为(0.005～1)mol：1mol：(0.5～1)g；
(2)将适量氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液，然后加入碱性物质形成碱性环境，获得碱性氧化石墨烯分散液；
(3)将步骤(2)获得的碱性氧化石墨烯分散液加入到步骤(1)的凝胶体中，然后加热至70～90℃恒温超声搅拌反应2～3h，反应结束后，将产物离心、洗涤、干燥，得到所述的Al2O3包覆的石墨烯。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述铝盐优选为九水合硝酸铝(A1(NO3)3●9H2O)，所述九水合硝酸铝为分析纯试剂。
优选地，上述技术方案，所述混合溶液中九水合硝酸铝的浓度范围为0.05～0.5mol/L。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述六次甲基四胺为化学纯试剂，其化学式为((CH2)6N4。
优选地，上述技术方案，所述混合溶液中六次甲基四胺的浓度范围为0.5～10mol/L。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述表面活性剂S为化学纯试剂，优选为阴离子表面活性剂。
较优选地，上述技术方案，所述阴离子表面活性剂为羧酸盐(RCOONa)、硫酸脂盐(R-OSO3Na)、磺酸盐(R-SO3Na)中的一种或几种，所述阴离子表面活性剂优选为羧酸盐(RCOONa)，其中：所述R为烃基，可以是饱和的，也可以是不饱和的。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述铝盐与步骤(2)所述氧化石墨烯的用量比为(0.05～0.5)mol：(0.5～1)g。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述碱性物质优选为弱碱，例如氨水，所述氨水的质量分数为26％，加入氨水的目的是将氧化石墨烯分散液的pH值调节至11～12。
本发明的第三个目的在于提供采用上述所述方法制得的Al2O3包覆的石墨烯在制备石墨烯增强型铝合金复合材料中的应用。
一种石墨烯增强型铝合金复合材料，所述复合材料包括铝合金基体和分布在所述铝合金基体中的纳米增强相，所述纳米增强相为本发明上述所述Al2O3包覆的石墨烯。
进一步地，上述技术方案，所述铝合金基体为常用的商用型3D打印类铝合金。
进一步地，上述技术方案，所述铝合金基体与Al2O3包覆的石墨烯的质量比为1：0.01～0.05。
进一步地，上述技术方案，所述铝合金基体为AlSi10Mg、Al12Si、A6061中的一种或多种。
本发明的第四个目的在于提供上述所述石墨烯增强型铝合金复合材料的制备方法，所述方法步骤如下：
(1)将Al2O3包覆的石墨烯加入到溶剂中超声分散30～40min，然后加入铝合金粉体搅拌混合均匀，超声分散40～60min，洗涤、干燥后得到混合粉末；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末放入VC高效混合机中，在转速100～200r/min的条件下混合80～100min；
(3)将步骤(2)经高效混合机混合获得的混合粉末置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30:1，球磨6～8h；
(4)将步骤(3)球磨混合均匀的复合粉末送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成形腔抽真空，通入保护气氩气，然后将混合粉末输送至成形腔的基板上，加工出单层，并将材料逐层叠加，最终在基板上成形零件；激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率100W～300W、扫描速度50mm/s～600mm/s、扫描间距0.07mm～0.13mm、铺粉厚度0.02mm～0.04mm；
(5)将成型后的试样在400℃条件下下保温6h，然后淬火，淬火后在100℃下保温50h，即得到所述石墨烯增强型铝合金复合材料。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述溶剂优选为乙醇溶液。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述铝合金粉体的粒度为20～63μm。
与现有技术相比，本发明涉及的一种Al2O3包覆的石墨烯及其制备方法和在铝合金中的应用具有如下有益效果：
1、本发明制备的石墨烯增强型铝合金复合材料中纳米增强相为Al2O3包覆的石墨烯，一方面，石墨烯表面的氧化铝壳层可有效防止石墨烯的“团聚”,实现石墨烯在铝合金基体中的均匀分散；另一方面，纳米层能有助于铝合金基体中Al2O3以光滑的方式进行氧化生长,提高了材料的致密度，显著提高石墨烯与铝合金界面的结合性能，显著提高“润湿性”。
2、本发明所述的石墨烯增强型铝合金复合材料的制备工艺，将Al2O3包覆的石墨烯和铝通过超声分散、VC高效混合机中混和、球磨，可有效防止团聚，有利于增强相在合金基体中的均匀分散。
3、本发明采用的氧化铝纳米层可保护石墨烯不受高能激光束的直接照射，从而避免石墨烯的结构不被破坏，保留了石墨烯优异的固有本征性能，从而实现增强铝合金复合材料力学和物化性能的目的。
附图说明
图1为本发明制备石墨烯增强铝基复合材料的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本实施例的一种Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，步骤如下：
(1)将铝盐(A1(NO3)3●9H2O)，六次甲基四胺((CH2)6N4和活性剂S三种组分按0.05mol：1mol：0.5g的比例混溶，获得混合溶液，然后将所述混合溶液水浴加热至70～85℃，保温30min，制得均匀透明的Al2O3凝胶体；
(2)将氧化石墨烯混合到去离子水中，超声分散15～20min制成氧化石墨烯分散液；向所得的氧化石墨烯分散液中加入碱性物质形成碱性环境；
(3)将步骤(2)制得的氧化石墨烯分散液按铝盐：氧化石墨烯为0.05mol：0.5g的比例加入到步骤(1)中制得的凝胶体中，80℃水浴加热的同时超声搅拌2h；
(4)反应结束后，产物经离心洗涤后，得到氧化铝包覆的石墨烯；
其中：
步骤(1)中，所述铝盐(A1(NO3)3●9H2O)为分析纯试剂，在混合溶液中的浓度为0.05mol/L；
步骤(1)中，所述六次甲基四胺((CH2)6N4为化学纯试剂，在混合溶液中的浓度为1mol/L；
步骤(1)中，所述活性剂S为化学纯试剂，且为阴离子表面活性剂羧酸盐(RCOONa)，R基团为甲基；活性剂S的用量为0.5g。
步骤(2)中，所述碱为质量分数为26％的氨水，加入氨水调节溶液的pH至11～12，氧化石墨烯的加入量为0.5g；
步骤(4)中，所述氧化铝包覆的石墨烯的氧化铝层厚度为2～5nm。
实施例2
本实施例的一种Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，步骤如下：
(1)将铝盐(A1(NO3)3●9H2O)、六次甲基四胺((CH2)6N4和活性剂S三种组分按0.05mol：1mol：0.25g的比例混溶，获得混合溶液，然后将所述混合溶液水浴加热至70～85℃，保温40min时间，制得均匀透明的Al2O3凝胶体；
(2)将氧化石墨烯混合到去离子水中，超声分散15～20min制成氧化石墨烯分散液；向所得的氧化石墨烯分散液中加入碱性物质形成碱性环境；
(3)将步骤(2)制得的氧化石墨烯分散液按铝盐：氧化石墨烯为0.2mol：0.75g的比例加入到步骤(1)中制得的凝胶体中，80℃水浴加热的同时超声搅拌2h；
(4)反应结束后，产物经离心洗涤后，得到氧化铝包覆的石墨烯；
其中：
步骤(1)中，所述铝盐(A1(NO3)3●9H2O)为分析纯试剂，在混合溶液中的浓度为0.2mol/L；
步骤(1)中，所述六次甲基四胺((CH2)6N4为化学纯试剂，在混合溶液中的浓度为4mol/L；
步骤(1)中，所述活性剂S为化学纯试剂，且为阴离子表面活性剂硫酸脂盐(R-OSO3Na)，R基团为甲基，活性剂S的用量为1g。
步骤(2)中，所述碱为质量分数为26％的氨水，加入氨水调节溶液的pH至11～12，氧化石墨烯的加入量为0.75g；
步骤(4)中，所述氧化铝包覆的石墨烯的氧化铝层厚度为2～5nm。
实施例3
本实施例的一种Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，步骤如下：
(1)将铝盐(A1(NO3)3●9H2O)、六次甲基四胺((CH2)6N4和活性剂S三种组分按0.05mol：1mol：0.08g的比例混溶，获得混合溶液，然后将所述混合溶液水浴加热至70～85℃，保温35min，制得均匀透明的Al2O3凝胶体；
(2)将氧化石墨烯混合到去离子水中，超声分散15～20min制成氧化石墨烯分散液；向所得的氧化石墨烯分散液中加入碱性物质形成碱性环境；
(3)将步骤(2)制得的氧化石墨烯分散液按铝盐：氧化石墨烯为0.5mol：1g的比例加入到步骤(1)中制得的凝胶体中，80℃水浴加热的同时超声搅拌2.5h；
(4)反应结束后，产物经离心洗涤后，得到氧化铝包覆的石墨烯；
其中：
步骤(1)中，所述铝盐(A1(NO3)3●9H2O)为分析纯试剂，在混合溶液中的浓度为0.5mol/L；
步骤(1)中，所述六次甲基四胺((CH2)6N4为化学纯试剂，在混合溶液中的浓度为10mol/L；
步骤(1)中，所述活性剂S为化学纯试剂，且为阴离子表面活性剂磺酸盐(R-SO3Na，R为甲基；活性剂S的用量为：0.8g。
步骤(2)中，所述碱为质量分数为26％的氨水，加入氨水调节溶液的pH至11～12，氧化石墨烯的加入量为1g；
步骤(4)中，所述氧化铝包覆的石墨烯的氧化铝层厚度为2～5nm。
应用实施例1
本应用实施例提供了一种石墨烯增强铝基复合材料，所述复合材料包括铝合金基体和分布在所述铝合金基体中的纳米增强相；所述的铝合金基体为常用的商用型3D打印类铝合金AlSi10Mg，所述的纳米增强相为实施例1制备的Al2O3包覆的石墨烯。
上述所述石墨烯增强铝基复合材料采用下述方法制得，具体是步骤如下：
(1)将实施例1制备的Al2O3包覆的石墨烯加入到溶剂中超声分散30～40min，然后加入铝合金粉搅拌混合均匀，超声分散40～60min，洗涤、干燥后得到混合粉末；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末放入VC高效混合机中，在转速150r/min的条件下混合90min；
(3)将步骤(2)制得的混合粉体置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30:1，球磨6～8小时；
(4)将球磨混合均匀的复合粉末送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成形腔抽真空，通入保护气氩气，然后将混合粉末输送至成形腔的基板上，加工出单层，并将材料逐层叠加，最终在基板上成形零件；激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率100W、扫描速度600mm/s、扫描间距0.07mm、铺粉厚度0.04mm；
(5)将成型后的试样在400℃条件下下保温6h，然后淬火，淬火后在100℃下保温50h，即得到所述石墨烯增强型铝合金复合材料；
其中：
所述基体铝合金和Al2O3包覆的石墨烯的重量比为1:0.01。
所述铝合金原料粉体的粒度为20～63μm。
应用实施例2
本应用实施例提供了一种石墨烯增强铝基复合材料，所述复合材料包括铝合金基体和分布在所述铝合金基体中的纳米增强相；所述的铝合金基体为常用的商用型3D打印类铝合金Al12Si，所述的纳米增强相为实施例2制备的Al2O3包覆的石墨烯。
上述所述石墨烯增强铝基复合材料采用下述方法制得，具体是步骤如下：
(1)将实施例2制备的Al2O3包覆的石墨烯加入到溶剂中超声分散30～40min，然后加入铝合金粉搅拌混合均匀，超声分散40～60min，洗涤、干燥后得到混合粉末；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末放入VC高效混合机中，在转速150r/min的条件下混合90min；
(3)将步骤(2)制得的混合粉体置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30:1，球磨6～8小时；
(4)将球磨混合均匀的复合粉末送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成形腔抽真空，通入保护气氩气，然后将混合粉末输送至成形腔的基板上，加工出单层，并将材料逐层叠加，最终在基板上成形零件；激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率200W、扫描速度300mm/s、扫描间距0.10mm、铺粉厚度0.03mm；
(5)将成型后的试样在400℃条件下下保温6h，然后淬火，淬火后在100℃下保温50h，即得到所述石墨烯增强型铝合金复合材料；
其中：
所述基体铝合金和Al2O3包覆的石墨烯的重量比为1:0.25；
所述铝合金原料粉体的粒度为20～63μm。
应用实施例3
本应用实施例提供了一种石墨烯增强铝基复合材料，所述复合材料包括铝合金基体和分布在所述铝合金基体中的纳米增强相；所述的铝合金基体为常用的商用型3D打印类铝合金A6061，所述的纳米增强相为实施例3制备的Al2O3包覆的石墨烯。
上述所述石墨烯增强铝基复合材料采用下述方法制得，具体是步骤如下：
(1)将实施例3制备的Al2O3包覆的石墨烯加入到溶剂中超声分散30～40min，然后加入铝合金粉搅拌混合均匀，超声分散40～60min，洗涤、干燥后得到混合粉末；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末放入VC高效混合机中，在转速150r/min的条件下混合90min；
(3)将步骤(2)制得的混合粉体置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30:1，球磨6～8小时；
(4)将球磨混合均匀的复合粉末送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成形腔抽真空，通入保护气氩气，然后将混合粉末输送至成形腔的基板上，加工出单层，并将材料逐层叠加，最终在基板上成形零件；激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率300W、扫描速度50mm/s、扫描间距0.13mm、铺粉厚度0.02mmmm；
(5)成型后的试样在400℃条件下下保温6h，然后淬火，淬火后在100℃下保温50h，即得到所述石墨烯增强型铝合金复合材料；
其中：
所述基体铝合金和Al2O3包覆的石墨烯的重量比为1:0.05。
所述铝合金原料粉体的粒度为20～63μm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Al2O3包覆的石墨烯，其特征在于：所述Al2O3包覆层的厚度为2～5nm。
2.权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)按比例将铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S混合均匀，获得混合反应液，然后将所述混合反应液加热至70～85℃，保温30～40min，制得均匀透明的Al2O3凝胶体；其中：所述铝盐、六次甲基四胺、表面活性剂S的用量比为(0.005～1)mol：1mol：(0.5～1)g；
(2)将适量氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散均匀，得到氧化石墨烯分散液，然后加入碱性物质形成碱性环境，获得碱性氧化石墨烯分散液；
(3)将步骤(2)获得的碱性氧化石墨烯分散液加入到步骤(1)的凝胶体中，然后加热至70～90℃恒温超声搅拌反应2～3h，反应结束后，将产物离心、洗涤、干燥，得到所述的Al2O3包覆的石墨烯。
3.权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述混合溶液中九水合硝酸铝的浓度范围为0.05～0.5mol/L；所述混合溶液中六次甲基四胺的浓度范围为0.5～10mol/L。
4.权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为羧酸盐、硫酸脂盐、磺酸盐中的一种或几种。
5.权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述铝盐与步骤(2)所述氧化石墨烯的用量比为(0.05～0.5)mol：(0.5～1)g。
6.权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯或权利要求2-5任一项所述方法制备的Al2O3包覆的石墨烯的应用，其特征在于：可用于制备石墨烯增强型铝合金复合材料。
7.一种石墨烯增强型铝合金复合材料，其特征在于：所述复合材料包括铝合金基体和分布在所述铝合金基体中的纳米增强相，所述纳米增强相为权利要求1所述的Al2O3包覆的石墨烯或权利要求2-5任一项所述方法制备的Al2O3包覆的石墨烯。
8.根据权利要求7所述的石墨烯增强型铝合金复合材料，其特征在于：所述铝合金基体与Al2O3包覆的石墨烯的质量比为1：0.01～0.05。
9.根据权利要求7所述的石墨烯增强型铝合金复合材料，其特征在于：所述铝合金基体为AlSi10Mg、Al12Si、A6061中的一种或多种。
10.权利要求7所述石墨烯增强型铝合金复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
(1)将Al2O3包覆的石墨烯加入到溶剂中超声分散30～40min，然后加入铝合金粉体搅拌混合均匀，超声分散40～60min，洗涤、干燥后得到混合粉末；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末放入VC高效混合机中，在转速100～200r/min的条件下混合80～100min；
(3)将步骤(2)经高效混合机混合获得的混合粉末置于搅拌式球磨机中，充入液氮，待液氮浸没全部磨球时开始球磨，球料比为30:1，球磨6～8h；
(4)将步骤(3)球磨混合均匀的复合粉末送入激光选区熔化设备的送料装置中，并对成形腔抽真空，通入保护气氩气，然后将混合粉末输送至成形腔的基板上，加工出单层，并将材料逐层叠加，最终在基板上成形零件；激光选区熔化设备的成形参数为：激光功率100W～300W、扫描速度50mm/s～600mm/s、扫描间距0.07mm～0.13mm、铺粉厚度0.02mm～0.04mm；
(5)将成型后的试样在400℃条件下下保温6h，然后淬火，淬火后在100℃下保温50h，即得到所述石墨烯增强型铝合金复合材料。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113172219A (zh) * 2021-03-29 2021-07-27 西安交通大学 一种石墨烯增强AlSi10Mg纳米复合材料制备方法及应用
CN113480875A (zh) * 2021-07-27 2021-10-08 雷索新材料(苏州)有限公司 一种氧化铝改性石墨烯、石墨烯散热涂料及其制备方法
CN113629350A (zh) * 2021-08-06 2021-11-09 东莞塔菲尔新能源科技有限公司 一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法
CN113699407A (zh) * 2021-09-01 2021-11-26 苏州大学 石墨烯铝基复合材料的制备方法
WO2022127941A1 (zh) * 2020-12-18 2022-06-23 江苏大学 石墨烯与原位纳米颗粒增强铝基复合材料及制备方法
CN116287839A (zh) * 2023-03-27 2023-06-23 宜春市富瑞实业有限公司 一种门执手专用铝烯合金材料及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110292570A1 (en) * 2010-05-14 2011-12-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Foerd. der Wisse. e. V. Process for encapsulating metals and metal oxides with graphene and the use of these materials
US20150266744A1 (en) * 2014-03-18 2015-09-24 Matheson Tri-Gas, Inc. REDUCTION OF SiCl4 IN THE PRESENCE OF BCl3
CN105112699A (zh) * 2015-06-25 2015-12-02 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法
WO2017139990A1 (zh) * 2016-02-21 2017-08-24 肖丽芳 一种氧化铝空心球锂硫电池正极材料的制备方法
CN107353017A (zh) * 2017-07-31 2017-11-17 齐鲁工业大学 一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法与应用
US20180050495A1 (en) * 2015-03-02 2018-02-22 Graphene 3D Lab Inc. Thermoplastic composites comprising water-soluble peo graft polymers useful for 3-dimensional additive manufacturing
CN108102144A (zh) * 2017-12-26 2018-06-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法
CN108998707A (zh) * 2018-08-24 2018-12-14 山东创新金属科技有限公司 一种高强度铝合金复合材料及其制备方法
CN110257657A (zh) * 2019-07-25 2019-09-20 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 基于激光选区熔化技术制备石墨烯增强铝合金材料的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110292570A1 (en) * 2010-05-14 2011-12-01 Max-Planck-Gesellschaft zur Foerd. der Wisse. e. V. Process for encapsulating metals and metal oxides with graphene and the use of these materials
US20150266744A1 (en) * 2014-03-18 2015-09-24 Matheson Tri-Gas, Inc. REDUCTION OF SiCl4 IN THE PRESENCE OF BCl3
US20180050495A1 (en) * 2015-03-02 2018-02-22 Graphene 3D Lab Inc. Thermoplastic composites comprising water-soluble peo graft polymers useful for 3-dimensional additive manufacturing
CN105112699A (zh) * 2015-06-25 2015-12-02 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法
WO2017139990A1 (zh) * 2016-02-21 2017-08-24 肖丽芳 一种氧化铝空心球锂硫电池正极材料的制备方法
CN107353017A (zh) * 2017-07-31 2017-11-17 齐鲁工业大学 一种石墨烯包覆氧化铝陶瓷粉体及其制备方法与应用
CN108102144A (zh) * 2017-12-26 2018-06-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯基导热复合材料及其制备方法
CN108998707A (zh) * 2018-08-24 2018-12-14 山东创新金属科技有限公司 一种高强度铝合金复合材料及其制备方法
CN110257657A (zh) * 2019-07-25 2019-09-20 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 基于激光选区熔化技术制备石墨烯增强铝合金材料的方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022127941A1 (zh) * 2020-12-18 2022-06-23 江苏大学 石墨烯与原位纳米颗粒增强铝基复合材料及制备方法
US11753706B2 (en) 2020-12-18 2023-09-12 Jiangsu University Graphene- and in-situ nanoparticle-reinforced aluminum-based composite material and preparation method
CN113172219A (zh) * 2021-03-29 2021-07-27 西安交通大学 一种石墨烯增强AlSi10Mg纳米复合材料制备方法及应用
CN113480875A (zh) * 2021-07-27 2021-10-08 雷索新材料(苏州)有限公司 一种氧化铝改性石墨烯、石墨烯散热涂料及其制备方法
CN113629350A (zh) * 2021-08-06 2021-11-09 东莞塔菲尔新能源科技有限公司 一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法
CN113699407A (zh) * 2021-09-01 2021-11-26 苏州大学 石墨烯铝基复合材料的制备方法
CN116287839A (zh) * 2023-03-27 2023-06-23 宜春市富瑞实业有限公司 一种门执手专用铝烯合金材料及其制备方法

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