本發(fā)明涉及粉體表面處理，具體涉及一種化學(xué)氣相沉積制備石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的方法及該方法制備的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
1、石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，將其用于無機(jī)非金屬粉體的表面改性，賦予其特殊的表面性能，能夠有效的擴(kuò)寬無機(jī)非金屬粉體的應(yīng)用場景。目前，針對石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的制備方法，主要包括機(jī)械混合法、溶液混合法、原位生長法等，其中通過化學(xué)氣相沉積法在無機(jī)非金屬粉體表面生長石墨烯，能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯和粉體的緊密結(jié)合，制備獲得的石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能及機(jī)械性能。但是常見的無機(jī)非金屬粉體的催化裂解活性均較差，無法有效催化碳源在粉體表面裂解，且在裂解過程中容易產(chǎn)生無定形碳等雜質(zhì)相，因此，為了保證石墨烯層的高效生長以及沉積質(zhì)量，需要在化學(xué)氣相沉積過程中通入較高的氫氣流量，而氫氣屬于高危氣體，極易爆炸，嚴(yán)重限制了化學(xué)氣相沉積制備石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的工業(yè)化、批量化制備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相沉積制備石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的方法及該方法制備得到的復(fù)合材料。
2、本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相沉積制備石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的方法，通過化學(xué)氣相沉積在無機(jī)非金屬粉體表面直接生長石墨烯得到石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體復(fù)合材料，所述氣相沉積采用金屬催化劑和/或非金屬催化劑，所述金屬催化劑固定于進(jìn)行所述化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器低溫區(qū)域，所述低溫區(qū)域的溫度低于所述金屬催化劑的熔點(diǎn)。
3、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，所述無機(jī)非金屬粉體為硅粉、氧化鋁粉、陶瓷粉末、氮化硼粉、氮化鋁粉、氧化鎂粉、碳化硅粉、氮化硅粉中的一種或多種。
4、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述金屬催化劑為鉑、鈀、銠、銅、鐵、鎳、鈷中的一種或多種。
5、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述金屬催化劑是箔材或者泡沫。
6、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述非金屬催化劑與所述無機(jī)非金屬粉體混合。
7、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述非金屬催化劑為多孔結(jié)構(gòu)的γ-氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯粉體。
8、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述無機(jī)非金屬粉體的粒徑為1nm～100μm；所述非金屬催化劑的粒徑≥40μm，且所述非金屬催化劑的粒徑大于所述無機(jī)非金屬粉體的粒徑。
9、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述氣相沉積在管式爐或流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。
10、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述流化床反應(yīng)器為鼓泡床、湍動床或快速流化床。
11、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述氣相沉積通入的碳源前驅(qū)體和氫氣的混合氣中所述碳源前驅(qū)體和氫氣的流量比1:(1-30)，氣相沉積的溫度為600-1100℃。
12、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述低溫區(qū)域的溫度低于所述金屬催化劑的熔點(diǎn)10℃以上；優(yōu)選，所述低溫區(qū)域的溫度為400℃～1000℃。
13、本發(fā)明還提供一種上述方法制備的復(fù)合材料。
14、根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，所述復(fù)合材料中石墨烯在拉曼光譜中d峰和g峰的強(qiáng)度比id/ig在0.45～0.7之間。
15、本發(fā)明的方法在氣相沉積中引入催化劑(包括非金屬催化劑和/或金屬催化劑)，利用催化劑的催化作用可以在非金屬粉體表面生長高質(zhì)量的石墨烯，減少復(fù)合材料中無定形碳等雜質(zhì)相，同時可以降低氫氣的用量提高生產(chǎn)的安全性。此外，金屬催化劑固定于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器的低溫區(qū)域，氣態(tài)碳源進(jìn)去反應(yīng)器后即與金屬催化劑接觸，從而迅速裂解，并隨氣流到達(dá)非金屬粉體進(jìn)行沉積，有效提升反應(yīng)速率；非金屬催化劑為多孔粉體，具有高的比表面積，與非金屬粉體混合，能夠有效促進(jìn)碳源在非金屬粉體表面的裂解沉積。進(jìn)一步，通過設(shè)置其粒徑大于非金屬粉體的粒徑，在反應(yīng)完成后經(jīng)簡單篩分即可得到所需的產(chǎn)品，工藝簡單快捷。
16、本發(fā)明的方法石墨烯原位生長在非金屬粉體表面，增強(qiáng)了石墨烯與無機(jī)非金屬粉體之間的界面結(jié)合。并且，原位生長的石墨烯得到復(fù)合材料基本不會改變基體(無機(jī)非金屬粉體)本身的形態(tài)結(jié)構(gòu)，完全適配傳統(tǒng)無機(jī)非金屬粉體的后續(xù)使用工藝，而且石墨烯作為包覆殼層，能夠明顯提升無機(jī)非金屬粉體的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。另外，化學(xué)氣相沉積法使用的原料為氣態(tài)，易于控制反應(yīng)過程和產(chǎn)物的組成，減少了有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，對環(huán)境友好。本發(fā)明制備方法簡單、高效、成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
1.一種化學(xué)氣相沉積制備石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體的方法，其特征在于，通過化學(xué)氣相沉積在無機(jī)非金屬粉體表面直接生長石墨烯得到石墨烯包覆無機(jī)非金屬粉體復(fù)合材料，所述氣相沉積采用金屬催化劑和/或非金屬催化劑，所述金屬催化劑固定于進(jìn)行所述化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器的低溫區(qū)域，所述低溫區(qū)域的溫度低于所述金屬催化劑的熔點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)非金屬粉體為硅粉、氧化鋁粉、陶瓷粉末、氮化硼粉、氮化鋁粉、氧化鎂粉、碳化硅粉、氮化硅粉中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑為鉑、鈀、銠、銅、鐵、鎳、鈷中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述金屬催化劑是箔材或者泡沫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非金屬催化劑與所述無機(jī)非金屬粉體混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非金屬催化劑為多孔結(jié)構(gòu)的γ-氧化鋁粉體、氧化鎂粉體、氧化鋯粉體的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)非金屬粉體的粒徑為1nm～100μm；所述非金屬催化劑的粒徑≥40μm，且所述非金屬催化劑的粒徑大于所述無機(jī)非金屬粉體的粒徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣相沉積在管式爐或流化床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述流化床反應(yīng)器為鼓泡床、湍動床或快速流化床。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述氣相沉積通入的碳源前驅(qū)體和氫氣的混合氣中所述碳源前驅(qū)體和氫氣的流量比1:(1-30)，氣相沉積的溫度為600-1100℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低溫區(qū)域的溫度低于所述金屬催化劑的熔點(diǎn)10℃以上；優(yōu)選，所述低溫區(qū)域的溫度為400℃～1000℃。
12.一種復(fù)合材料，其特征在于，由權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的制備方法制備。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料中石墨烯在拉曼光譜中d峰和g峰的強(qiáng)度比id/ig在0.45～0.7之間。