CN113695572B - 一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高熵合金材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法。一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，得到金属盐分散液；S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液混合后得到混合液，然后对混合液进行干燥，得到纤维素与金属盐的混合粉末。所述石墨烯基高熵合金材料的制备方法，能够快速、大面积地制备石墨烯基高熵合金材料，有助于高熵合金在冷却结晶时细化晶粒，改善了石墨烯基高熵合金材料的结构，性能稳定，解决了现有石墨烯基高熵合金材料生产方法生产效率低、稳定性差和应用局限性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高熵合金材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法。
背景技术
由于高熵合金可能具有许多理想的性质，其在材料科学及工程上相当受到重视。所谓高熵合金，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。高熵合金具有强度高、耐磨性好、耐氧化、耐腐蚀等优良性能。而在碳材料中，石墨烯具有极高的熔点，因此可以在熔炼高熵合金的高温下仍保持自身结构，并且石墨烯拥有良好的导热性能，石墨烯的导热系数可达5300W/mK，因此石墨烯在热加工过程中可以快速散热。
然而，目前的高熵合金制备方法存在若干不足，石墨烯与高熵合金材料的简单堆砌与混合无法充分发挥高熵合金材料的理想性能。在已有的高熵合金材料制备方法中，主要包括：(1)真空熔炼法，该法无法熔炼高熔点的金属，由于高熵合金主元元素选取中一般会包含一种甚至多种高熔点元素，导致其应用受到限制；(2)机械化合法，该法利用高能球磨机或研磨机长时间激烈冲击合金粉末颗粒，导致粉末颗粒中原子扩散，但该法制备高熵合金元素的选择范围不够广泛，且生产效率低；(3)电化学沉积法，该法利用离子在基材表面发生氧化还原反应获得高熵合金材料，但该法制得的化合物薄膜多为多晶态或非晶态，性能较差。因此，亟需研发快速、大面积、低成本的高熵合金材料制备方法，并应用于石墨烯聚合物的性能强化中。
发明内容
针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，能够快速、大面积地制备石墨烯基高熵合金材料，有助于高熵合金在冷却结晶时细化晶粒，改善了石墨烯基高熵合金材料的结构，性能稳定，解决了现有石墨烯基高熵合金材料生产方法生产效率低、稳定性差和应用局限性的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，得到金属盐分散液；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液混合后得到混合液，然后对混合液进行干燥，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，制得石墨烯基高熵合金材料。
更进一步说明，所述步骤S2的混合液中，纤维素与金属盐的质量比为(2～5)：1。
更进一步说明，所述步骤S1中，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，五种金属盐粉末为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌。
更进一步说明，所述金属盐分散液中，任意两种金属盐的浓度均高于剩余三种金属盐的浓度。
更进一步说明，所述步骤S1中，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为1～5mg/mL，所述金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
所述步骤S2中，将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液。
更进一步说明，所述步骤S3中，对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末在氮气气氛下进行放电加工，且进行放电加工的放电电压为100～300V，放电电容为100～300mF。
更进一步说明，所述步骤S2中，对混合液进行干燥的干燥温度为50～70℃，干燥时间为110～130min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过先制备纤维素与金属盐粉末的混合物，然后对纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，可以在短时间内将固态金属盐直接转化为高熵合金材料，工艺简单，效率高，通过放电加工制备石墨烯基高熵合金材料的效率高，可以在短时间内生产出大批量的产品；
2、在制备过程中，纤维素在高温高压条件下转化为石墨烯纳米片，熔融金属以石墨烯纳米片为晶核进行结晶，依附于石墨烯纳米片，结晶形成高熵合金，此时石墨烯纳米片作为晶核被包裹在凝固的高熵合金内部，不会团聚成石墨，因此制得的石墨烯基高熵合金材料中的石墨烯不易团聚(单一石墨烯在放电条件下会团聚为石墨，团聚后失去石墨烯的结构，失去优良性质)，性能稳定；
3、在石墨烯基高熵合金材料中，石墨烯成分提供了良好的导热性能，石墨烯基高熵合金材料的力学特性也得到增强；
4、由于放电加工过程中最高温度超过3000K，高于绝大多数高熵合金的熔点，但低于石墨烯的熔点，因此石墨烯可以在熔炼高熵合金的高温下仍保持自身结构，本制备方法在保证石墨烯纳米片结构的同时极大地拓展了高熵合金的加工范围；
5、本制备方法中使用的纤维素可来自于玉米秸秆、玉米芯粉等含有纤维素的农产品或废料，在放电加工过程中，纤维素中的杂质元素在极高温度下瞬间挥发，可达到废物利用的目的，有效降低生产成本。
具体实施方式
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，得到金属盐分散液；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液混合后得到混合液，然后对混合液进行干燥，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，制得石墨烯基高熵合金材料。
高熵合金具有强度高、耐磨性好、耐氧化、耐腐蚀等优良性能。在碳材料中，石墨烯具有极高的熔点，因此可以在熔炼高熵合金的高温下仍保持自身结构。并且石墨烯拥有良好的导热性能，石墨烯的导热系数可达5300W/mK，因此石墨烯在热加工过程中可以达到快速散热的目的。石墨烯材料与高熵合金材料的简单堆砌与混合无法充分发挥此类复合材料的理想性能。本发明通过先制备纤维素与金属盐粉末的混合物，然后对纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，可以在短时间内将固态金属盐直接转化为高熵合金材料，工艺简单，效率高，在制备过程中，纤维素在高温高压条件下转化为石墨烯纳米片，熔融金属以石墨烯纳米片为晶核进行结晶，依附于石墨烯纳米片，结晶形成高熵合金，此时石墨烯纳米片作为晶核被包裹在凝固的高熵合金内部，不会团聚成石墨，因此制得的石墨烯基高熵合金材料中的石墨烯不易团聚(单一石墨烯在放电条件下会团聚为石墨，团聚后失去石墨烯的结构，失去优良性质)，性能稳定。此外，在石墨烯基高熵合金材料中，石墨烯成分提供了良好的导热性能，石墨烯基高熵合金材料的力学特性也得到增强。由于放电加工过程中最高温度超过3000K，高于绝大多数高熵合金的熔点，但低于石墨烯的熔点，因此石墨烯可以在熔炼高熵合金的高温下仍保持自身结构，本制备方法在保证石墨烯纳米片结构的同时极大地拓展了高熵合金的加工范围。通过放电加工制备石墨烯基高熵合金材料的效率高，可以在短时间内生产出大批量的产品。
更进一步说明，本制备方法中使用的纤维素可来自于玉米秸秆、玉米芯粉等含有纤维素的农产品或废料，在放电加工过程中，纤维素中的杂质元素在极高温度下瞬间挥发，可达到废物利用的目的，有效降低生产成本。
本发明充分发挥了石墨烯对于分散高熵合金的理想作用，以石墨烯纳米片为核心结晶高熵合金，形成石墨烯基高熵合金材料，石墨烯成分提供了良好的导热性能，有助于高熵合金在冷却结晶时细化晶粒，改善了石墨烯基高熵合金材料的结构，通过能量密度高、能够瞬时完成加工的放电加工工艺，为石墨烯基高熵合金材料的快速制备和防止石墨烯纳米片在复合材料中的团聚提供了解决方案。
本发明对纤维素与金属盐的混合粉末实施精准的放电加工，能够快速、大面积地制备石墨烯基高熵合金材料，有效实现了石墨烯片层与高熵合金的充分结合，防止石墨烯纳米片在石墨烯和熔融高熵合金的混合物中的团聚，有助于高熵合金在冷却结晶时细化晶粒，改善了石墨烯基高熵合金材料的结构，满足了石墨烯基高熵合金材料制备过程的高效、低成本、高稳定性、工艺简单、无二次污染等需求，解决了现有石墨烯基高熵合金材料生产方法生产效率低、稳定性差和应用局限性的问题。
更进一步说明，所述步骤S2的混合液中，纤维素与金属盐的质量比为(2～5)：1。
通过限定纤维素与金属盐的质量比为(2～5)：1，纤维素与金属盐的质量比如果过高或者过低都会对复合材料的结构和纯度产生影响，如果纤维素的量过大，即得到的纤维素与金属盐的混合粉末中纤维素的含量过多，容易影响纤维素在放电加工中转化为石墨烯，容易引入杂质，由于石墨烯在高熵合金结晶过程中充当晶核，熔融的高熵合金围绕石墨烯结晶，如果纤维素的加入量太少，则会导致转化得到的石墨烯纳米片过少，导致晶核不足，影响了高熵合金的结晶过程，且结晶后复合材料的结构不均匀。
更进一步说明，所述步骤S1中，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，五种金属盐粉末为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌。
通过使用五种金属盐粉末，且五种金属盐粉末采用氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌，本制备方法先制备纤维素与金属盐粉末的混合物，然后对纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，可以在短时间内将五种固态金属盐直接转化为高熵合金材料，纤维素在高温高压条件下转化为石墨烯纳米片，五种熔融金属以石墨烯纳米片为依附，结晶形成高熵合金，高熵合金的晶粒细，且组分均匀。更进一步说明，本制备方法中的高熵合金元素可以从Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、W中选取使用，可以从上述元素中选取原料金属盐。
优选的，所述金属盐分散液中，任意两种金属盐的浓度均高于剩余三种金属盐的浓度。
当改变金属盐分散液中金属盐的浓度，其他条件不变时，高熵合金颗粒的大小随盐的浓度改变而改变，当所述金属盐分散液中任意两种金属盐的浓度均高于剩余三种金属盐的浓度时，即有某两种金属元素作为高熵合金的主元元素时，含量较高的金属原子在结晶过程中无法单质析出，被迫与其他原子混合，因此产生更多的晶格畸变，使得高熵合金的组分更均匀，制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒更小。
优选的，所述步骤S1中，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为1～5mg/mL，所述金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
所述步骤S2中，将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液。
通过限定纤维素分散液中纤维素的浓度、金属盐分散液中各金属盐的浓度，能够控制纤维素转化得到的石墨烯纳米片在合适的浓度内，此时石墨烯纳米片的分散性好，石墨烯纳米片作为晶核，被包裹在凝固的高熵合金内部，不会团聚成石墨，如果纤维素的加入量太少，则会导致转化得到的石墨烯纳米片过少，导致晶核不足，影响了高熵合金的结晶过程，且结晶后复合材料的结构不均匀。
更进一步说明，所述步骤S3中，对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末在氮气气氛下进行放电加工，且进行放电加工的放电电压为100～300V，放电电容为100～300mF。
通过限定步骤S3中进行放电加工的放电电压和放电电容，如果放电电压和放电电容过低时，材料不导电，则无法进行放电加工，即使导电，也会导致纤维素不能充分转化为石墨烯，从而引入杂质，如果放电电压和放电电容过高时，有可能会在小范围内击穿原料，导致放电不均匀(正常情况下电流通过整个圆柱体横截面)，严重影响了制备得到的复合材料的质量，甚至击穿原料的面积较大时，会使得无法制备复合材料，此外，过高的电容电压对放电装置的要求更高，增加了放电装置的成本。
具体地，本发明步骤S3中使用放电装置对制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，该装置包括放电室、电气柜和控制器，所述放电室内设有石英管，所述石英管的两端分别设有电极，所述放电室连接有真空泵和供气装置；
所述电气柜内设有充电电源和电容器组，所述电容器组与所述电极电气相连，所述充电电源与所述电容器组电连接，所述控制器与所述充电电源电连接。
具体地，所述充电电源用于对所述电容器组进行充电，所述控制器具体为计算机，所述控制器对所述充电电源的充电动作的启停以及放电电压和电流进行控制，所述真空泵对所述放电室进行抽真空，所述供气装置具体为气瓶，所述供气装置对所述放电室提供工艺气体。
具体地，所述步骤S3中，进行放电加工的具体步骤为：将纤维素与金属盐的混合粉末放置到所述石英管的放电腔中，填满所述石英管的放电腔，用所述电极夹紧后，安装到所述放电室中，打开所述真空泵将所述放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开所述供气装置5充入氮气，开始进行放电加工。
优选的，所述步骤S2中，对混合液进行干燥的干燥温度为50～70℃，干燥时间为110～130min。
通过限定所述步骤S2中对混合液进行干燥的干燥温度和干燥时间，保证所述混合液能够得到完全的干燥，得到的纤维素与金属盐的混合粉末的不会发生水分蒸发不完全的情况，且在此温度下干燥速度快，有效提高了所述石墨烯基高熵合金材料。
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例2
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为4mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为4：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例3
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为3mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为3：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例4
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为2mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为2：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例5
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为1mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为1：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例6
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.2mg/mL，氯化镍的浓度为0.2mg/mL，氯化铜的浓度为0.2mg/mL以及氯化锌的浓度为0.2mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例7
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为100V，放电电容为100mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例8
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为200V，放电电容为200mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例9
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为240V，放电电容为240mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例10
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为300V，放电电容为300mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
实施例11
一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为5mg/mL，取氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌分散在去离子水中，得到金属盐分散液，金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液，混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，然后对混合液进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为120min，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.使用放电装置对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，将纤维素与金属盐的混合粉末放置到放电装置的石英管的放电腔中，填满石英管的放电腔，用电极夹紧后，安装到放电室中，打开真空泵将放电室内抽至真空(抽至5Pa以下)后，打开供气装置充入氮气，开始进行放电加工，进行放电加工的放电电压为400V，放电电容为300mF，制得石墨烯基高熵合金材料。
对比例1
与实施例1进行对比，本对比例步骤S1中，取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为0.5mg/mL，步骤S2的混合液中，纤维素与金属盐的质量比为0.5：1，其余原料和制备方法与实施例1一致，制得石墨烯基高熵合金材料。
对比例2
与实施例1进行对比，本对比例步骤S1中，取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为6mg/mL，步骤S2的混合液中，纤维素与金属盐的质量比为6：1，其余原料和制备方法与实施例1一致，制得石墨烯基高熵合金材料。
在高熵合金材料中，晶粒大小是衡量高熵合金材料性能的重要参数之一，细化晶粒的作用是增加拉升强度，提高韧性等机械性能，因此测量实施例1～8和对比例1～2制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小，实验使用日本Hitach SU8220扫描电子显微镜(SEM)对石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小进行表征，测试结果如下表所示：
从实施例1～5的测试结果可知，当改变去离子水分散液中纤维素的浓度，其他条件不变时，石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小随纤维素浓度的改变而改变，当混合液中，纤维素与金属盐的质量比为5：1，制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小最小，通过放电加工制备石墨烯基高熵合金材料的制备工艺简单，且制备效率高，能够快速制备石墨烯基高熵合金材料；
由实施例1和实施例6可知，当改变金属盐分散液中金属盐的浓度，其他条件不变时，石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小随金属盐浓度的改变而改变，实施例1中金属盐分散液中的其中两种金属盐的浓度均高于另外三种金属盐的浓度，此时有两种金属元素作为高熵合金的主元元素，高熵合金的组分更均匀，制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒更小，而当实施例6中金属盐分散液中的金属盐浓度均相同时，制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒比实施例1制得的石墨烯基高熵合金材料的晶粒要大；
由实施例1、实施例7至实施例11可知，改变步骤S3的放电电压和放电电容，制备得到的石墨烯基高熵合金材料的晶粒大小不同。当电压及电容参数选取偏小时，由于纤维素未能充分转化为石墨烯，引入杂质，导致制得的复合材料的晶粒变大；当电压及电容参数选取偏大时，由于电流在小范围内击穿原料，导致放电不均匀，导致制得的复合材料的晶粒变大。当电压在100～300V，放电电容在100～300mF之间选取某一组合时，有最小晶粒；
对比例1中纤维素分散液中纤维素的浓度太低，在放电加工的过程中没有足够的纤维素转化为石墨烯纳米片，使石墨烯纳米片量不足，而由于石墨烯纳米片作为晶核，此时晶核不足，影响了高熵合金的结晶过程，结晶时单位体积内晶核越多晶粒越多，晶粒直径越小，晶核少时单位体积内晶核越少，晶粒越少，晶粒直径越大，制备得到的石墨烯基高熵合金材料的晶粒直径变大；
对比例2中纤维素分散液中纤维素的浓度太高，使纤维素含量过多，影响了纤维素在放电加工中转化为石墨烯，引入了杂质，影响了高熵合金的结晶过程及高熵合金的品质，使制备得到的石墨烯基高熵合金材料的晶粒直径变大。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.取纤维素分散在去离子水中，得到纤维素分散液，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，得到金属盐分散液；
S2.将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液混合后得到混合液，然后对混合液进行干燥，得到纤维素与金属盐的混合粉末；
S3.对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末进行放电加工，制得石墨烯基高熵合金材料，制得的石墨烯基高熵合金材料呈晶粒状；
所述步骤S2的混合液中，纤维素与金属盐的质量比为(2～5)：1。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，取五种金属盐粉末分散在去离子水中，五种金属盐粉末为氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜和氯化锌。
3.根据权利要求2所述的石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐分散液中，任意两种金属盐的浓度均高于剩余三种金属盐的浓度。
4.根据权利要求1所述的石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述纤维素分散液中纤维素的浓度为1～5mg/mL，所述金属盐分散液中氯化铁的浓度为0.2mg/mL，氯化钴的浓度为0.15mg/mL，氯化镍的浓度为0.15mg/mL，氯化铜的浓度为0.25mg/mL以及氯化锌的浓度为0.25mg/mL；
所述步骤S2中，将步骤S1制得的所述纤维素分散液和所述金属盐分散液按照体积比为1：1混合后得到混合液。
5.根据权利要求1所述的石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，对步骤S2制得的纤维素与金属盐的混合粉末在氮气气氛下进行放电加工，且进行放电加工的放电电压为100～300V，放电电容为100～300mF。
6.根据权利要求1所述的石墨烯基高熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，对混合液进行干燥的干燥温度为50～70℃，干燥时间为110～130min。
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