CN116994823A - 石墨烯复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种石墨烯复合材料，包含：柱状基材以及石墨烯片，柱状基材占整体重量99.9‑90％，石墨烯片占整体重量0.1‑10％，其中于柱状基材径向截面上，石墨烯片形成多个不同半径的圆形图案。本发明另公开一种石墨烯复合材料的制造方法，包含：提供柱状基材及石墨烯片；旋转摩擦柱状基材形成塑化基材；施加剪切力搅拌石墨烯片及塑化基材形成石墨烯基材浆体；以及冷却石墨烯基材浆体形成石墨烯复合材料。

Description

石墨烯复合材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制造方法，尤其涉及一种石墨烯复合材料及其制造方法。

背景技术

随着科技发展与环保意识的提升，电工、电子、化工、交通、机械等产业领域所需材料的导电、导热、机械强度、耐候、制造成本等性质的要求也越来越高。以导电材料为例，铜的导电度高于铝，但铜的机械强度及高温抗变形能力较差；再以航空器机壳材料为例，铝具有低密度、高强度及高延展性，但铝的抗腐蚀性、抗冲击能力较差；因此，现有技术通过合金、添加剂、热处理等方法来制造所需特性的复合材料。

现有复合材料包含金属基复合材料、陶瓷基复合材料及树脂基复合材料等，其中金属基复合材料(Metal Matrix Composites,MMCs)是指金属基材与强化相材料混合炼制而成的复合材料，其兼具金属与强化相材料的优点。工业上常使用粉末冶金、压铸等方法制造金属基复合材料，粉末冶金主要是使用机械混拌金属粉末及粉体强化相材料，再以无压烧结、真空热压烧结、高压扭转、热挤压、热轧等方式处理混合材料形成金属基复合材料。

图1示出现有压铸设备的剖面示意图。如图1所示，压铸设备1包含油压缸11、活塞12、压缩室13及冷却室14，将强化相材料置入压缩室13，浆熔融金属液注入压缩室13与强化相材料混合，油压缸11驱动活塞12挤压金属强化相材料混合液至冷却室14内冷却成型。现有压铸法制造金属基复合材料技术核心在于强化相材料均匀分散在熔融金属液与冷却成型过程中不同材料不发生相分离。

在诸多强化相材料中，石墨烯是单层蜂巢晶格碳原子的二维材料，具有极高的杨氏模数、抗拉强度、导电度、导热度及电子迁移率，因此受到极高的关注与研究。由于二维晶体在热力学性质上的不稳定性，石墨烯不管是在自由态存在或沉积在基材，石墨烯都不是完全平整，其表面存在微观三维尺度的皱褶，此皱褶会经由凡得瓦力(Van der waalsforce)导致石墨烯团聚，而石墨烯与金属基材之间的湿润性差，石墨烯更难以在基材中均匀分散。现有压铸设备及制法不能克服石墨烯在金属液中团聚的问题，无法成功制造金属/石墨烯复合材料。

中国专利CN10515353公开一种金属/石墨烯复合材料的制法，包含：在金属颗粒表面还原氧化石墨烯产生包覆石墨烯的金属粒子，以粉末冶金热压包覆石墨烯的金属粒子产生金属/石墨烯复合材料。此方法的步骤繁复，不易控制金属与石墨烯的相对比例且容易在制程中引入不纯物质，而原位还原氧化石墨烯无法完全移除石墨烯表面官能基与晶格缺陷，导致此复合材料无法产生石墨烯的特性。另有技术文献提出超音波分散、湿式机械搅拌、球磨、行星式高能球磨、表面改质、静电吸附等方法来促进石墨烯在金属粉体或金属液体中的分散及混合，然而前述方法皆不能克服使用较大量石墨烯的团聚问题而无法达到规模化生产，不具实用性。

目前产业亟需可控制成分比例与规模化生产具有石墨烯特性的石墨烯复合材料及制造方法。

发明内容

为达成上述目的，本发明提供一种石墨烯复合材料的制造方法，包含：提供柱状基材及石墨烯片；旋转摩擦柱状基材形成塑化基材；施加剪切力搅拌石墨烯片及塑化基材形成石墨烯基材浆体；以及冷却石墨烯基材浆体形成石墨烯复合材料。

于一实施例，上述柱状基材的材料为金属、合金或聚合物。

于一实施例，上述金属选自铅、锡、锌、铝及铜的至少一者。

于一实施例，上述柱状基材与上述石墨烯片的重量比介于99.9-90％：0.1-10％。

于一实施例，以旋转模具旋转摩擦上述基材的表面，使上述柱状基材的温度达到介于基材的70％熔点至熔点，而形成塑化基材。

于一实施例，以旋转流道施加剪切力搅拌上述石墨烯片及上述塑化基材形成上述石墨烯基材浆体，旋转流道位于上述旋转模具内。

于一实施例，上述旋转模具包含外模及内模，上述旋转流道位于外模与内模之间，外模的内表面具有内凸耳，内模的外表面具有外凸耳，内凸耳及外凸耳交错设置，当外模相对内模旋转时，内凸耳及外凸耳产生上述剪切力。

为达成上述目的，本发明提供一种石墨烯复合材料，包含：柱状基材，占整体重量99.9-90％；以及石墨烯片，占整体重量0.1-10％，其中于柱状基材的径向截面上，石墨烯片形成多个不同半径的圆形图案。

于一实施例，上述石墨烯片的平均厚度介于1至3纳米，上述石墨烯片的平均片径介于1至15微米。

于本发明的石墨烯复合材料的制造方法，以柱状基材作为原料可准确控制石墨烯片与基材的重量比；旋转摩擦柱状基材形成塑化基材，再以高剪切力搅拌触变状态的塑化基材与石墨烯片形成石墨烯复合材料，步骤简单，不需进行化学还原反应，不会引入杂质及造成晶格缺陷；所得石墨烯复合材料中石墨烯片与柱状基材均匀混合不会相分离，石墨烯片于柱状基材的径向截面上形成多个不同半径的圆形，石墨烯片沿柱状基材的轴向呈螺旋排列，且石墨烯片与基材不会相分离，均匀分布且连续相接的石墨烯片可使石墨烯复合材料产生优异的导电、导热及机械强度，符合各种产业的需求。

附图说明

图1为现有压铸设备的剖面示意图；

图2为应用本发明的制造方法的水平式复合材料制造设备的侧剖示意图，图3A为图2所示油压单元的侧剖示意图，图3B为图2所示进料模具的侧剖示意图，图3C为图2所示旋转模具的侧剖示意图，图3D为图2所示冷却模具的侧剖示意图，图3E为图2所示成型模具的侧视示意图，图3F为图2中II’段剖视示意图，图3G为图3C所示第一内模的径向外观示意图；

图4A为应用本发明的制造方法的垂直式复合材料制造设备的侧剖示意图，图4B为图4A所示摩擦头的径向外观示意图；以及

图5A为本发明的一实施例的石墨烯金属铜复合材料的截面的光学显微镜图，图5B为本发明的一实施例的石墨烯金属铜复合材料的截面的电子显微镜图。

附图标记说明

1:压铸设备

11:油压缸

12:活塞

13:压缩室

14:冷却室

2:水平式复合材料制造设备

20:控制介面

21,31:油压单元

22,32:进料模具

23,33:旋转模具

24:冷却模具

25:成型模具

200:承载台

211,311:油压缸

212,312:活塞

221,321:原料缸体

222,322:原料室

2211,2412:螺孔

230:滚动轴承

231:第一外模

232:第一内模

233:变速齿轮

234:耦合齿轮组

235:变频马达

236,334:旋转流道

2311:转轴

2312:内凸耳

2321:锥形面

2322,2422:凸条

2323,2511:凹槽

2324:外凸耳

2325,3311:螺旋导沟

241:第二外模

242:第二内模

243:降温流道

2411,2421:凸块

251:成品缸体

252:成品室

3:垂直式复合材料制造设备

30:支撑架

34:动力单元

331:摩擦头

332:隔热层

333:导向筒

341:马达齿轮箱

342:滚珠轴承

S:柱状基材

G:石墨烯片

具体实施方式

以下配合附图及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使得本领域技术人员在研读本说明书后可据以实施本发明。本文所用术语仅用于阐述特定实施例，而并非旨在限制本发明。除非上下文中清楚地另外指明，否则本文的用语包含单数及多个形式，用语“和/或”包含相关所列项其中一或多者的任意及所有组合。

固体材料在外力摩擦下，表面会生成尺寸小于20微米的颗粒，持续施力摩擦使固体材料的温度上升至塑化的临界温度Tc(介于固态材料的熔点Tm至熔点Tm的70％)，对塑化的固态材料重复降温及摩擦升温，同时施加变化的剪切力，可使塑化材料产生触变性(Thixotropy)。触变性是指物体受到剪切时粘稠度变小(或变大)，停止剪切时粘稠度变大(或变小)的现象，亦即物体的结构可逆变化且具有超塑性(伸长率特别高且不会断裂)。产生触变性的材料外观上呈糊状浆体(固相体积比最高达80％)，内部包含彼此不连结的细小晶体颗粒，持续搅拌触变性浆体，可防止细小晶体颗粒接触形成大晶体颗粒，此时若以特定方法将其他适当大小的材料与触变性浆体混合，可达到均匀分散材料的效果。

本发明利用固体基材的可塑性及触变性产生均匀混合的石墨烯复合材料，本发明制造石墨烯复合材料的方法包含：提供柱状基材及石墨烯片；旋转摩擦柱状基材形成塑化基材；施加剪切力搅拌石墨烯片及塑化基材形成石墨烯基材浆体；以及冷却石墨烯基材浆体形成石墨烯复合材料。

柱状基材的材料为金属、合金或聚合物，其中金属可选自铅、锡、锌、铝及铜的至少一者，合金例如但不限于铝合金、铜合金，聚合物例如但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯酸共聚物(Acrylic copolymers)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)、尼龙(Nylon)等。石墨烯片包含多层石墨烯，石墨烯片的平均厚度介于1至3纳米，平均片径介于1至15微米。柱状基材与石墨烯片的重量比介于99.9-90％：0.1-10％。

依据本发明的制造方法，柱状基材可塑化的临界温度Tc介于柱状基材的70％熔点Tm至熔点Tm(例如Tc＝0.7-0.9Tm)。以金属及合金材料为例，在无惰性气体的保护下，塑化温度低于700℃可制造石墨烯与铅、锡、锌、铝或铝合金的复合材料；在有惰性气体的保护下，塑化温度低于1100℃可制造石墨烯与铜或铜合金的复合材料。

图2为应用本发明的制造方法的水平式复合材料制造设备的侧剖示意图，图3A图2所示油压单元的侧剖示意图，图3B为图2所示进料模具的侧剖示意图，图3C为图2所示旋转模具的侧剖示意图，图3D为图2所示冷却模具的侧剖示意图，图3E为图2所示的成型模具的侧视示意图。

如图2及图3A所示，水平式复合材料制造设备2的控制单元(未图示)连接油压单元21、进料模具22、旋转模具23、冷却模具24及成型模具25，控制单元包含控制介面20，可输入及调整设备运作的参数(例如：活塞的推挤压力、旋转模具的转速)。油压单元21、进料模具22、旋转模具23、冷却模具24及成型模具25水平设置并以螺栓固定于可移动的承载台200上，油压单元21包含油压缸211及活塞212，油压缸211及活塞212可推挤进料模具22内的原料。

如图2及图3B所示，水平式复合材料制造设备2的进料模具22包含原料缸体221及其内的原料室222，原料室222的内径尺寸对应活塞212的外径尺寸，原料缸体221选用如钨、锰、钼等金属合金或碳化钨等陶瓷合金的高熔点高强度材料制成，可承受活塞212推挤而不变形，原料缸体221与旋转模具23相接的一侧形成有4个内缩的螺孔2211，原料室222可容置柱状基材S及石墨烯片G。

如图2及图3C所示，水平式复合材料制造设备2的旋转模具23设置于滚动轴承230上，包含第一外模231、第一内模232、变速齿轮233、耦合齿轮组234及变频马达235，第一外模231可180°对开合组装与清理，第一内模232设置于第一外模231内，第一内模232的二侧分别连接进料模具22及冷却模具24，变速齿轮233分别啮合第一外模231的棘齿(未图示)与耦合齿轮组234，变速齿轮233、耦合齿轮组234及变频马达235分别通过螺栓固定于承载台200上，变频马达235连接耦合齿轮组234，变频马达235通过耦合齿轮组234及变速齿轮233带动第一外模231旋转。

第一外模231的厚度自进料模具22的一侧至冷却模具24的一侧(轴向)呈漏斗状逐渐增加，第一外模231的径向二侧分别形成开口尺寸较宽的入料口及开口尺寸较小的出料口，第一外模231的入料口的侧壁与原料缸体221齐平，第一外模231的出料口的侧壁上形成圆形沟，圆形沟内设置转轴2311，第一外模231前中段(自入料口至中间的范围)的内表面具有内凸耳2312，第一外模231可沿轴向180°开启闭合便于组装与清理，第一内模232朝向进料模具22的一侧形成凸出第一外模231入料口的锥形面2321，锥形面2321的周缘具有4个凸条2322，凸条2322上有供螺栓穿过的通孔，第一内模232朝向冷却模具24一侧的垂直面与第一外模231出料口齐平，垂直面上形成凹槽2323，第一内模232前中段(自锥形面至中间的范围)的内表面具有外凸耳2324；将第一内模232的4个凸条2322对位嵌入原料缸体221的4个螺孔2211，以螺栓锁固第一内模232与原料缸体221，第一内模232的凹槽2323与冷却模具24连接，使第一内模232的二侧分别固定于进料模具22及冷却模具24，再将第一外模231的入料口的侧壁贴合原料缸体221的侧壁，闭合第一外模231，使第一外模231与第一内模232相隔不大于5厘米的间距且第一外模231的内凸耳2312与第一内模232的外凸耳2324交错排列，即可在第一外模231与第一内模232之间形成与水平方向成15-30°的斜角延伸的旋转流道236。第一外模231及第一内模232选用如钨、锰、钼等金属合金或碳化钨等陶瓷合金的高熔点高强度材料制成，可承受摩擦基材时产生的高温及应力而不变形。

如图2及图3D所示，水平式复合材料制造设备2的冷却模具24包含第二外模241及第二内模242，第二外模241的厚度自连接旋转模具23的一侧至连接成型模具25的一侧(轴向)逐渐增加，第二外模241的径向二侧分别形成开口尺寸较宽的入料口及开口尺寸较小的出料口，第二外模241入料口的开口尺寸与第一外模231出料口的开口尺寸相同，第二外模241的入料口的侧壁形成圆形沟，圆形沟容置转轴2311，第二外模242的出料口的侧壁上形成凸块2411，凸块2411可连接成型模具25；第二内模242朝向旋转模具23的侧面形成凸块2421，凸块2421可连接第一内模231的凹槽2323；第二外模241与第二内模242的相对二侧具有对应的4个螺孔2412及凸条2422，以螺栓锁固第二外模241与第二内模242，第二外模241内表面与第二内模242的外表面相隔约3厘米的间隙形成与水平方向成15-30°的斜角延伸的降温流道243，以第二外模241的入料口对位贴合第一外模231的出料口，即可连通旋转流道236与降温流道243。凸条2422露出降温流道243的部分加工成圆形，可避免石墨烯基材浆体堆积而阻碍其通过降温流道243。

如图2及图3E所示，水平式复合材料制造设备2的成型模具25包含成品缸体251及其内的成品室252，成品缸体251选用高熔点高强度材料制成，成品缸体251的轴向可开启闭合，成品缸体251朝向冷却模具24的侧壁上形成凹槽2511，凹槽2511可连接第二外模241的凸块2411，成品室252的内径尺寸与第二外模241出料口的开口尺寸相同。

使用上述水平式复合材料制造设备制造石墨烯复合材料，基材(例如铜、铝)可制成单一或多个柱体(圆柱体、角柱体)，柱状基材S的外径及体积小于原料室222的内径及体积，将柱状基材S置入原料室222，再将石墨烯片G填满原料室222(即填入柱状基材S与缸体221之间的空隙)而覆盖柱状基材S；或制作与原料室222内径相同的柱状基材，以钻孔工具沿柱状基材的轴向形成一或多个相同孔径的填料孔，在填料孔内填充石墨烯片；通过柱状基材作为原料，容易控制及调整石墨烯复合材料中基材与石墨烯片的相对重量比。

图3F为图2中II’段剖视示意图，如图2、图3C及图3F所示，柱状基材S朝向旋转模具23的一侧形成配合第一内模232的锥形面2321与凸条2322形状的凹槽，将第一内模232的凸条2322锁入原料缸体221的内缩螺孔2211同时使第一内模232的锥形面2321嵌入柱状基材S的凹槽内，柱状基材S的凹槽周围露出第一内模232的部分与原料缸体221的侧壁垂直面齐平，第一外模231入料口的侧壁厚度大于原料缸体221的侧壁厚度，从而第一外模231入料口的侧壁超出原料缸体221侧壁的肩部(如图3F虚线所示位置)可贴合柱状基材S的露出部分与石墨烯片G。启动变频马达235带动第一外模231旋转，第一外模231的侧壁的肩部旋转摩擦柱状基材S的露出部分产生的高热形成塑化基材，活塞212推挤塑化基材与石墨烯片G进入旋转流道236。

图3G为图3C所示第一内模的锥形面的径向外观示意图。如图2、图3C及图3G所示，第一内模232的锥形面2321紧贴柱状基材S凹槽表面，锥形面2321上形成多道螺旋导沟2325，螺旋导沟2325的深度不大于5mm。于第一外模231环绕第一内模232旋转摩擦柱状基材S形成塑化基材，活塞212推挤塑化基材与石墨烯片沿螺旋导沟2325进入旋转流道236；于旋转流道236内，第一外模231的内凸耳2312与第一内模232的外凸耳2324的高度约1至3厘米，内凸耳2312与外凸耳2324相对旋转交错产生剪切力，不断摩擦及搅拌塑化基材与石墨烯片使塑化基材的析晶及共晶逐渐微细化而产生具有触变性的石墨烯基材浆体，石墨烯基材浆体中基材的微细化晶粒彼此不相连接，石墨烯片得以分散在基材的晶粒之间且不发生团聚，活塞212的推挤压力与旋转流道236的剪切力使石墨烯片与基材晶粒以螺旋方式排列通过旋转流道236，石墨烯基材浆体通过降温流道243逐渐冷却成半固态复合材料，螺旋排列且相连的石墨烯片逐渐固着于基材的晶粒表面，活塞212的推挤压力进一步将半固态复合材料挤至成型模具25固化形成柱状石墨烯复合材料，石墨烯片与基材之间不会发生相分离，从而使复合材料具有石墨烯的优异特性。

图4A为应用本发明的制造方法的垂直式复合材料制造设备的侧剖示意图，图4B为图4A所示摩擦头的径向外观示意图。如图4A及图4B所示，垂直式复合材料制造设备3包含支撑架30、油压单元31、进料模具32、旋转模具33及动力单元34，油压单元31、进料模具32、旋转模具33及动力单元34沿支撑架30的垂直方向设置，油压单元31包含油压缸311及活塞312，进料模具32包含原料缸体321及原料室322，旋转模具33包含摩擦头331、隔热层332、导向筒333及旋转流道334，摩擦头331的摩擦面形成多条螺旋导沟3311，动力单元34包含马达齿轮箱341及滚珠轴承342。

原料缸体321、摩擦头331及导向筒333选用如钨、锰、钼等金属合金或碳化钨等陶瓷合金的高熔点高强度材料制成，隔热层332选用陶瓷隔热材料以阻隔摩擦头331旋转摩擦柱状基材产生的高温传导至导向筒333，

于本实施例，柱状基材S(例如：铜、铝、或其他金属)的轴向按照预定的石墨烯重量比挖孔，孔内填入石墨烯片G；将柱状基材S与石墨烯片G置入原料室322；动力单元34带动旋转模具33以高扭力逆时钟旋转摩擦柱状基材S，使柱状基材S的温度上升至塑化临界温度Tc形成触变性的塑化基材；油压单元31的活塞312以固定行程推挤塑化基材及石墨烯片G，塑化基材分别通过多条螺旋导沟3311混合石墨烯片进入旋转流道334形成石墨烯基材浆体，活塞312推挤石墨烯基材浆体逆重力向上移动，同时旋转流道334的内壁面对石墨烯基材浆体施加旋转方向的剪切力，使石墨烯基材浆体在扭转向上移动的过程，石墨烯片G逐渐在塑化基材内形成螺旋排列，隔热层332可有效阻隔摩擦头331的高温传导至导向筒333，石墨烯基材浆体通过导向筒333逐渐降温形成石墨烯复合材料，活塞312将石墨烯复合材料推挤出旋转流道334，即可获得柱状石墨烯复合材料。

依据本发明所制造的石墨烯复合材料包含柱状基材及石墨烯片，其中柱状基材占整体重量99.9-90％，石墨烯片占整体重量0.1-10％，于柱状基材的径向截面上，石墨烯片形成多个不同半径的圆形图案。石墨烯片的平均厚度介于1至3纳米，平均片径介于1至15微米。

以下将以实施例具体说明本发明，使得本领域技术人员能更加清楚了解本发明的技术及功效。

实施例1：石墨烯与金属铜复合材料

石墨烯片(安炬科技股份有限公司生产的多层石墨烯粉体P-ML20，碳含量＞99％，比表面积45m2/g，平均厚度约3nm，平均片径约8mm)0.5wt％与电解铜(铜纯度＞99.5％，制成9cm直径的金属铜柱)99.5wt％，旋转模具以200rpm摩擦铜棒至750℃，活塞以50千牛顿(kN)施力每分钟行进10mm，获得石墨烯金属铜复合材料。图5A为本实施例的石墨烯金属铜复合材料的截面的光学显微镜图，图5B为本实施例的石墨烯金属铜复合材料的截面的电子显微镜图。如图5A所示，石墨烯金属铜复合材料包含金属铜柱及石墨烯片G，于金属铜柱的径向截面可明确看到，石墨烯片形成多个不同半径的圆形图案，且如图5B所示，石墨烯片G与金属铜之间无相分离现象。值得说明的是，自金属铜柱的轴向截面可观察到沿柱状轴向螺旋排列的多股石墨烯片连线(未图示)，均匀分布的石墨烯连线可产生石墨烯固有的优异性质，使石墨烯金属铜复合材料具有高于金属铜的导电性、导热性及机械强度，可供后续进行锻造、延压等制程加工成所需产品(例如：散热片、线材等)。本实施例的金属铜与石墨烯金属铜复合材料的硬度及导电性实测结果如下表1。

表1

实施例2：石墨烯与铝合金复合材料

石墨烯片(安炬科技股份有限公司生产的多层石墨烯粉体P-ML20，碳含量＞99％，比表面积45m2/g，平均厚度约3nm，平均片径约8mm)0.5wt％与铝合金(ASTM 6061，制成9cm直径的铝合金棒)99.5wt％。旋转模具以250rpm摩擦铜棒至550℃，活塞以45千牛顿(kN)施力每分钟行进15mm，获得石墨烯铝合金复合材料。均匀分布的石墨烯片可产生石墨烯固有的优异性质，使石墨烯铝合金复合材料具有高于铝合金的导电性、导热性及机械强度，可供后续进行加工制成所需产品(例如：电子装置及航空器的机壳等)。本实施例的铝合金原料及石墨烯铝合金复合材料的硬度及导热率实测结果如下表2。

表2

综上所述，本发明的制造方法，以柱状基材作为原料可精确控制石墨烯片与基材的重量比例，旋转摩擦柱状基材形成塑化基材，利用高剪切力分散及混合石墨烯片及塑化基材形成石墨烯复合材料，步骤简单，不需进行化学还原反应，不会引入杂质及造成晶格缺陷，所得石墨烯复合材料中石墨烯片于柱状基材的径向截面形成多个不同半径的圆形图案，石墨烯片沿柱状基材的轴向呈螺旋排列，且石墨烯片与基材不会相分离，具有优异的导电、导热及机械强度，符合各种产业的需求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，举凡本领域技术人员，在未脱离本发明所揭示的精神与技术原理下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合材料的制造方法，包含：

提供柱状基材及石墨烯片；

旋转摩擦所述柱状基材形成塑化基材；

施加剪切力搅拌所述塑化基材及所述石墨烯片形成石墨烯基材浆体；以及

冷却所述石墨烯基材浆体形成石墨烯复合材料。

2.根据权利要求1所述石墨烯复合材料的制造方法，其中所述柱状基材的材料为金属、合金或聚合物。

3.根据权利要求2所述石墨烯复合材料的制造方法，其中所述金属选自铅、锡、锌、铝及铜的至少一者。

4.根据权利要求1所述石墨烯复合材料的制造方法，其中所述柱状基材与所述石墨烯片的重量比介于99.9-90％：0.1-10％。

5.根据权利要求1所述石墨烯复合材料的制造方法，其中以旋转模具旋转摩擦所述柱状基材的表面，使所述基材的温度介于所述基材的70％熔点至熔点，而塑化所述基材。

6.根据权利要求5所述石墨烯复合材料的制造方法，其中以旋转流道施加剪切力搅拌所述石墨烯片及所述塑化基材形成石所述墨烯基材浆体，所述旋转流道位于所述旋转模具内。

7.根据权利要求6所述石墨烯复合材料的制造方法，其中所述旋转模具包含外模与内模，所述旋转流道位于所述外模与所述内模之间，所述外模的内表面具有内凸耳，所述内模的外表面具有外凸耳，所述内凸耳及所述外凸耳交错设置，当所述外模相对所述内模旋转时，所述内凸耳及所述外凸耳产生所述剪切力。

8.一种石墨烯复合材料，包含：

柱状基材，占整体重量99.9-90％；以及

石墨烯片，占整体重量0.1-10％，其中于所述柱状基材的径向截面上，所述石墨烯片形成多个不同半径的圆形图案。

9.根据权利要求8所述石墨烯复合材料，其中所述柱状基材为金属、合金或聚合物。

10.根据权利要求8所述石墨烯复合材料，其中所述石墨烯片的平均厚度介于1至3纳米，所述石墨烯片的片径介于1至15微米。