本技術涉及金屬基復合材料原料制備，尤其涉及一種石墨烯銅復合粉體及其制備方法。

背景技術：

1、石墨烯作為一種具有優異導電、導熱及力學性能的二維材料，將其引入金屬銅基體中形成石墨烯銅復合粉體，可顯著提升復合材料的綜合性能，在電子漿料、導電導熱填料、粉末冶金及3d打印等領域展現出廣闊的應用前景。這種復合粉體作為關鍵基礎原料，其性能在很大程度上取決于石墨烯在銅粉表面的包覆質量、均勻性及兩者間的界面結合狀態。

2、目前，石墨烯銅復合粉體的主流制備技術主要圍繞兩類路徑展開。其一為高溫化學氣相沉積法，該方法雖可直接在銅粉表面生長石墨烯，但工藝溫度常需接近或超過銅的熔點，極易引發銅粉顆粒間的燒結與團聚，嚴重破壞粉體形態。為抑制團聚往往需要引入隔離介質，導致工藝流程復雜化、生產成本升高，且難以實現石墨烯包覆層數與完整性的有效調控。其二為石墨烯或氧化石墨烯的直接物理包覆法，該方法雖可在較低溫度下進行，但由于納米材料固有的團聚傾向及與銅粉基底的潤濕性差異，通常難以實現石墨烯在銅粉表面均勻、完整且結合牢固的包覆，包覆層易在后續處理中脫落或破損。

3、上述技術瓶頸嚴重制約了高性能石墨烯銅復合粉體的規模化、可控化制備，限制了其在高端領域的應用。因此，開發一種能夠兼顧包覆質量、工藝可行性與規模化生產潛力的新型制備方法，成為本領域亟待解決的關鍵技術問題。

技術實現思路

1、本技術提供一種石墨烯銅復合粉體的制備方法，包括：

2、使銅粉表面帶有正電荷；

3、使所述表面帶有正電荷的銅粉處于流化狀態并與氧化石墨烯分散液接觸，實現氧化石墨烯在銅粉表面的包覆，獲得氧化石墨烯包覆銅粉；

4、對所述氧化石墨烯包覆銅粉進行還原熱處理，使得氧化石墨烯還原為石墨烯并形成包覆于銅粉表面的石墨烯層，從而得到石墨烯銅復合粉體。

5、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，通過使所述銅粉與陽離子表面活性劑或胺基硅烷偶聯劑接觸，使其表面帶有正電荷。

6、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，所述陽離子表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨ctab和乙氧基化胺類中的至少一種；所述胺基硅烷偶聯劑包括氨丙基三乙氧基硅烷。

7、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，在使銅粉表面帶有正電荷之前，還包括采用有機溶劑或堿性溶液對銅粉進行清洗以去除表面有機物。

8、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，使所述表面帶有正電荷的銅粉處于流化狀態并與氧化石墨烯分散液接觸包括：

9、將所述銅粉置入一流化床裝置中，使其形成流化態；

10、將所述氧化石墨烯分散液霧化并噴入所述流化床裝置中，與處于流化態的銅粉接觸并包覆。

11、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的粒徑為5納米至1000納米。

12、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，氧化石墨烯的粒徑為50納米至200納米。

13、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的固含量為0.01%至10%。

14、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，氧化石墨烯的固含量為0.5%至2%。

15、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，對所述氧化石墨烯包覆銅粉進行還原熱處理包括：

16、在保護氣氛下，將所述氧化石墨烯包覆銅粉加熱至600℃以上進行處理。

17、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，將所述氧化石墨烯包覆銅粉加熱至600℃以上進行處理包括：

18、在保護氣氛中，于第一溫度下進行熱還原處理；

19、隨后在含碳源與氫氣的氣氛中，于高于所述第一溫度的第二溫度下進行化學氣相沉積處理，以修復石墨烯層。

20、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，所述第一溫度為600℃至1080℃，所述第二溫度大于1080℃。

21、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，將所述氧化石墨烯包覆銅粉加熱至600℃以上進行處理包括：

22、在保護氣氛下，將所述氧化石墨烯包覆銅粉直接加熱至大于1080℃，使氧化石墨烯在銅熔融狀態下還原并重排形成石墨烯層。

23、根據本技術提供的石墨烯銅復合粉體的制備方法，所述保護氣氛包括惰性氣體或惰性氣體與氫氣的混合氣體。

24、本技術提供了一種石墨烯銅復合粉體，其由上述石墨烯銅復合粉體的制備方法所制得。

25、本技術提供的上述一個或多個技術方案的技術原理如下：

26、本技術提供的技術方案的技術原理體現為三級遞進的協同作用機制，各環節的微觀物理化學作用與宏觀工藝參數精準匹配，共同實現高性能石墨烯銅復合粉體的制備。在電荷改性環節，純銅粉在水溶液中表面電荷微弱且穩定性不足，無法與帶強負電的氧化石墨烯形成有效相互作用，而通過陽離子表面活性劑或胺基硅烷偶聯劑的處理，可在銅粉表面構建穩定的正電荷層。陽離子表面活性劑的陽離子基團通過物理吸附作用牢固附著于銅粉表面，胺基硅烷偶聯劑的氨基則在溶液中發生質子化反應，兩種方式均能賦予銅粉表面均勻且穩定的正電荷，與氧化石墨烯表面的負電荷形成強烈的靜電引力，為后續包覆過程提供持續且穩定的驅動力，有效避免氧化石墨烯在銅粉表面吸附不牢或分布不均的問題。

27、流化包覆環節的技術原理在于實現銅粉與氧化石墨烯的高效均勻接觸，流化床設備使表面改性后的銅粉處于懸浮翻滾的流化態，最大化暴露銅粉表面的活性吸附位點，同時將氧化石墨烯分散液霧化處理，形成微米級甚至納米級的細小霧滴。霧化后的氧化石墨烯霧滴憑借較大的比表面積，與流化態的銅粉顆粒充分碰撞接觸，在靜電引力的驅動下快速吸附并鋪展于銅粉表面。氧化石墨烯分散液的粒徑與固含量參數經過嚴格調控，50至200納米的粒徑既能保證氧化石墨烯片層的良好分散性，又能使其緊密貼合銅粉表面的微觀形貌，0.5%至2%的固含量則平衡了包覆效率與包覆質量，避免因固含量過低導致包覆不完整或過高引發氧化石墨烯團聚。這種流化態與霧化接觸的組合方式，配合“先流化銅粉后噴入分散液”的工藝順序，從根本上解決了傳統包覆方法中接觸不均、局部包覆缺陷等問題，實現納米級精度的均勻包覆。

28、高溫還原處理是實現石墨烯結構完善與界面強化的關鍵，其核心在于利用高溫環境下銅粉熔融與石墨烯層的協同作用。當處理溫度超過1080℃，銅粉完全熔融呈液態，液態銅具有極高的表面張力，會自發收縮形成規整的球形，包裹于外部的氧化石墨烯在還原過程中形成的石墨烯層，會在銅液球化的拉力作用下被均勻拉伸，石墨烯層中因還原產生的褶皺、微小孔洞等缺陷隨之被修復。同時，液態銅表面的原子遷移率和催化活性遠高于固態銅，不僅能加速氧化石墨烯中含氧官能團的分解與脫除，確保還原反應徹底，還能促進碳原子與銅原子在界面處的深度擴散與相互作用，形成兼具物理吸附與化學結合特性的穩固界面。若采用分步還原與化學氣相沉積修復工藝，第一階段600至1080℃的熱還原先去除大部分含氧官能團，第二階段超1080℃的化學氣相沉積過程中，碳源裂解產生的碳原子在液態銅表面快速遷移，精準填補碳缺失區域，實現原子級別的缺陷補全，進一步提升包覆完整性與石墨烯層質量。整個高溫處理過程無需額外添加隔離介質，石墨烯層自身即可約束熔融銅液，避免銅粉團聚，同時實現石墨烯缺陷修復、銅粉球化與界面強化的多重效果。

29、本技術提供的上述一個或多個技術方案至少包括以下技術效果：

30、本技術技術方案通過電荷改性、流化包覆與高溫還原的協同設計，從根本上解決了傳統石墨烯銅復合粉體制備中包覆不均、團聚嚴重、界面結合薄弱等關鍵問題。銅粉表面的正電荷改性與氧化石墨烯的負電特性形成強靜電相互作用，再配合流化床噴霧包覆的“先流化銅粉、后霧化噴入分散液”工藝，讓氧化石墨烯霧滴與流化態銅粉實現全方位均勻接觸，不僅避免了局部包覆過厚或空缺，還能通過精準調控氧化石墨烯的粒徑、固含量及用量比例，預先鎖定包覆層的理論層數，為后續性能調控奠定基礎。這種工藝設計無需額外添加隔離介質，既簡化了流程，又減少了雜質引入，同時流化床設備的連續化生產能力大幅提升了產能，降低了規模化制備的成本。

31、高溫還原處理的差異化設計進一步強化了產品性能，無論是分步熱還原與cvd修復的組合方案，還是一步式高溫熔融還原方案，均能借助1080℃以上的高溫環境實現關鍵性能突破。超過銅熔點的溫度使銅粉完全熔融，液態銅的高表面張力會自發收縮成規整球形，包裹其外部的還原態石墨烯層隨之被“拉緊”“熨平”，主動修復氧化石墨烯還原過程中產生的褶皺與微小孔洞，同時徹底去除銅表面殘留的反應物雜質。更重要的是，液態銅表面的原子遷移率和催化活性遠高于固態銅，不僅能讓碳原子快速遷移填補缺陷，還能促進碳原子與銅原子的深度擴散，形成牢固的c-cu界面結合，有效避免后續加工或使用中石墨烯層脫落，這是低溫處理無法實現的界面強化效果。

32、該技術方案最終制得的石墨烯銅復合粉體展現出全方位的性能優勢，包覆完整度可達100%，顯著優于傳統方法（約96%-99%），且石墨烯層數可精準控制在1-4層，能適配不同場景的性能需求。復合粉體中的銅粉呈規整球形，流動性優異，便于后續壓制成型、3d打印等加工操作，同時無任何團聚現象，每個銅粉顆粒均獨立被石墨烯層包覆，保障了性能的均勻性。石墨烯的高導電導熱特性與銅粉的固有優勢形成協同效應，再加上牢固的界面結合，使復合粉體在導電率、導熱率及力學強度上均遠超純銅粉和傳統復合粉體，可廣泛應用于電子漿料、高性能合金、導電復合材料等高端領域，為石墨烯銅復合材料的工程化應用提供了可靠的技術支撐。