Способ получения композита медь - графен

Изобретение может быть использовано в электронике, электротехнике и машиностроении. Готовят водно-спиртовой раствор сульфата меди, добавляют в него этиловый спирт до концентрации 37,5-42,5 мл/л, подкисляют до рН 1-2 и делят на две части. Из одной части готовят суспензию, в которую добавляют графит-графеновую смесь в количестве 0,05-0,5 г/л и поверхностно-активные вещества Плюроник F-127 или полиакриловую кислоту в количестве 25-100 ppm, диспергируют 15-20 мин. Производят сборку ячейки электрохимического осаждения, помещают ее в раствор меди и подают рабочее напряжение в течение 20-30 минут. Затем двухэлектродную ячейку перемещают в полученную графен-содержащую суспензию с поверхностно-активными веществами и подают рабочее напряжение на электроды в течение 120-180 мин. После указанной выдержки в растворах электроды осушают и отделяют полученный композит «медь-графен», имеющий высокую однородность и кристалличность, малый размер кристаллитов, равномерное распределение графена в матрице. Изобретение обеспечивает повышение микротвердости материала.

 

Областью применения изобретения может быть электроника, электротехника и машиностроение.

Известен способ получения композита «медь-графен» по патенту Китая №102921419, опубл. 13.02.2013 по классам МПК B01J 23/72; С07С 39/04. Готовят водно-спиртовой раствор оксида графена в соотношении 1:9 путем распределения оксида графена в растворе посредством ультразвука. С использованием тех же спиртов готовят водно-спиртовой раствор солей двухвалентной меди (нитрата, сульфата или хлорида). Приготовленные растворы смешивают в заданном соотношении и нейтрализуют до уровня рН ~ 8-9 путем добавления гидроксидов натрия или калия. Производят тщательное перемешивание смеси растворов механической мешалкой. Раствор помещают в реактор термической обработки и выдерживают в нем при температуре 160-200°С в течение 16-20 часов. По окончании термохимической реакции, раствор остывает до комнатной температуры, после чего твердый продукт (композит) отделяют от жидкой фазы путем центрифугирования. Полученный композит тщательно промывают деионизованной водой и осушают при выдержке на воздухе при комнатной температуре. Таким образом, получают композиты «медь-графен» в широком интервале составов. Применение термохимической реакции не обеспечивает осаждение композита в виде однородной пленки. Выпадение графена в осадок в ходе длительной термохимической реакции уменьшает содержание графена в смеси растворов, вследствие чего распределение графена в итоговом композите также неоднородно. Вышеназванные факторы снижают прочностные свойства полученного материала.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ получения композита «наночастицы меди - графен» по патенту Китая №102896834, опубл. 30.01.2013 по классам МПК В32В 15/04; C25D 15/00; G01N 27/26. Готовили раствор, содержащий соль меди (C10H14CuN2O8) с концентрацией 3-7 мМ, и раствор, содержащий 0,1-0,5 грамм оксида графена на литр. Растворы смешивали в требуемой пропорции, после чего полученный раствор перемешивали механической мешалкой и путем пропускания азота в течение 30 минут, после чего помещали в ячейку электрохимического осаждения с рабочим электродом из стеклоуглерода или титановой фольги. Устанавливали начальное напряжение, обеспечивающее осаждение наночастиц меди, и выдерживали в течение заданного промежутка времени. После этого напряжение повышали, обеспечивая совместное осаждение меди и графена, и выдерживали в течение заданного промежутка времени. Затем напряжение вновь понижали до начального уровня с последующим повышением. Требуемая толщина композита достигалась количеством циклов понижения-повышения напряжения. По достижении требуемой толщины, рабочий электрод вынимали из ячейки электрохимического осаждения, осушали и снимали композит с поверхности электрода. Медь в получаемом материале присутствует в виде наночастиц с характерными линейными размерами 30-70 нм вместо сплошной медной матрицы, что снижает однородность материала. Предварительное перемешивание растворов магнитной мешалкой и путем пропускания газообразного азота не позволяет предотвратить выпадение осадка графена в растворе в процессе получения композита, что приводит к изменениям концентрации графена в материале.

Технической проблемой является повышение механических свойств получаемого композита и улучшение его однородности как за счет повышения однородности собственно структуры матрицы осаждаемого композита, так и за счет улучшения однородности распределения графена в матрице композита.

Для решения технической проблемы предложен способ получения композита медь-графен. Приготавливают раствор меди с использованием солей меди, например, сульфата, хлорида или нитрата меди. Добавляют в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 37,5 мл/л, после чего раствор подкисляют до значений рН 1-2. Приготавливают графен-содержащую суспензию, для чего добавляют в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,05-0,5 г/л и поверхностно-активные вещества Плюроник F-127 или полиакриловую кислоту в количестве 25-100 ppm. Приготовленную суспензию диспергируют в течение 15-20 минут, например, с помощью применения ультразвука. Собирают ячейку электрохимического осаждения, например, в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали, которую помещают в раствор меди и подают рабочее напряжение в течение 20-30 минут. Затем ячейку помещают в графен-содержащую суспензию и подают рабочее напряжение в течение 120-180 минут, после чего электроды осушают и отделяют композит от электрода.

Поставленная проблема решается тем, что на первом этапе осаждения композита используют водно-спиртовой раствор солей меди, который готовят, добавляя в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 37,5-42,5 мл/л. Добавки этилового спирта улучшают угол смачивания электродов ячейки электрохимического осаждения, обеспечивая большую эффективность осаждения и тем самым повышая однородность получаемого материала. Подкисление раствора до рН 1-2 обеспечивает увеличение количества переносчиков заряда в растворе, также увеличивая эффективность процесса. Поставленная проблема также решается тем, что на первом этапе осаждения из водно-спиртового раствора сульфата меди, не содержащего графена, на электроды электрохимической ячейки подают рабочее напряжение в течение 20-30 минут, за счет чего на поверхность электрода из нержавеющей стали наносится буферный слой меди толщиной 0,05-0,15 мкм, обеспечивающий рост однородной матрицы композита за счет согласования параметров кристаллических решеток материалов.

На втором этапе осаждения используется смесь растворов на основе сульфата меди с добавленной в нее суспензией графена в количестве 0.05-0.5 г/л, содержащей поверхностно-активные вещества Плюроник F-127 или полиакриловую кислоту в количестве 25-100 ppm, которые за счет своей неионной структуры предотвращают осаждение чешуек графена в ходе электрохимического осаждения, результатом чего является высокая однородность используемых растворов и тем самым высокая однородность распределения графена в матрице композита. Использование метода при содержании графен-содержащей суспензии в концентрации менее 0,05 г/л не обеспечивает однородности получаемого материала в связи с недостаточностью графена в матрице; избыток графен-содержащей суспензии в концентрации более 0,5 г/л приводит к образованию пор и трещин в получаемом композите. Использование метода при содержании ПАВ менее 25 ppm не предотвращает осаждение графена в растворе в ходе электрохимического осаждения, приводя к неоднородному распределению графена в получаемом материале. Использование избыточного количества ПАВ - более 100 ppm приводит к появлению в конечном материале примесных фаз. Диспергирование полученной суспензии в течение 15-20 минут обеспечивает однородность получаемого раствора, конечным результатом чего является улучшение однородности получаемого материала. На втором этапе осаждения рабочее напряжение на электроды электрохимической ячейки подают в течение 120-180 минут, что обеспечивает требуемую толщину осаждаемого материала.

Приготавливали раствор меди с использованием сульфата меди, добавляли в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 37,5 мл/л, после чего раствор подкисляли до значения рН, равного 1. Приготавливали графен-содержащую суспензию, для чего добавляли в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,5 г/л и поверхностно-активное вещество Плюроник F-127 в количестве 100 ppm. Приготовленную суспензию диспергировали в течение 15 минут с помощью ультразвука. Собирали ячейку электрохимического осаждения в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали. Эту ячейку помещали в раствор сульфата меди и подавали рабочее напряжение в течение 20 мин. Затем ячейку помещали в графен-содержащую суспензию и подавали рабочее напряжение в течение 120 мин, после чего электроды осушали и отделяли композит от электрода.

Полученный композит был изучен методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеноструктурного анализа (РСА), а также методом наноиндентирования. Композит отличался высокой степенью однородности микроструктуры (по данным РСА размер кристаллитов определен как 43 нм) и равномерным распределением графена в матрице композита, поверхность композита характеризовалась высокой сплошностью. Из данных РСА кристалличность покрытия была оценена как 78%. Микротвердость композитного покрытия составила 1,45 ГПа.

Приготавливали раствор меди с использованием сульфата меди, добавляли в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 42,5 мл/л, после чего раствор подкисляли до значения рН, равного 2. Приготавливали графен-содержащую суспензию, для чего добавляли в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,05 г/л и поверхностно-активное вещество полиакриловую кислоту в количестве 25 ppm. Приготовленную суспензию диспергировали в течение 20 минут с помощью ультразвука. Собирали ячейку электрохимического осаждения в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали. Эту ячейку помещали в раствор сульфата меди и подавали рабочее напряжение в течение 30 мин. Затем ячейку помещали в графен-содержащую суспензию и подавали рабочее напряжение в течение 180 мин, после чего электроды осушали и отделяли композит от электрода.

Полученный композит был изучен методами СЭМ, РСА, а также методом наноиндентирования. Изучение подтвердило высокую степень однородности микроструктуры (по данным РСА размер кристаллитов определен как 32 нм) и равномерное распределением графена в матрице композита, поверхность композита характеризовалась высокой сплошностью. Из данных РСА кристалличность покрытия была оценена как 48%. Микротвердость композитного покрытия составила 1,33 ГПа.

Приготавливали раствор меди с использованием сульфата меди, добавляли в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 40,0 мл/л, после чего раствор подкисляли до значения рН, равного 1,5. Приготавливали графен-содержащую суспензию, для чего добавляли в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,3 г/л и поверхностно-активное вещество Плюроник F-127 в количестве 50 ppm. Приготовленную суспензию диспергировали в течение 18 минут с помощью ультразвука. Собирали ячейку электрохимического осаждения в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали. Эту ячейку помещали в раствор сульфата меди и подавали рабочее напряжение в течение 30 мин. Затем ячейку помещали в графен-содержащую суспензию и подавали рабочее напряжение в течение 180 мин, после чего электроды осушали и отделяли композит от электрода.

Полученный композит был изучен методами СЭМ, РСА, а также методом наноиндентирования. Изучение подтвердило высокую степень однородности микроструктуры (по данным РСА размер кристаллитов определен как 46 нм) и равномерное распределением графена в матрице композита, поверхность композита характеризовалась высокой сплошностью. Из данных РСА кристалличность покрытия была оценена как 80%. Микротвердость композитного покрытия составила 1,42 ГПа.

Приготавливали раствор меди с использованием сульфата меди, добавляли в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 37,5 мл/л, после чего раствор подкисляли до значения рН, равного 1. Приготавливали графен-содержашую суспензию, для чего добавляли в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,03 г/л и поверхностно-активное вещество полиакриловую кислоту в количестве 25 ppm. Приготовленную суспензию диспергировали в течение 15 минут с помощью ультразвука. Собирали ячейку электрохимического осаждения в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали. Эту ячейку помещали в раствор сульфата меди и подавали рабочее напряжение в течение 20 мин. Затем ячейку помещали в графен-содержащую суспензию и подавали рабочее напряжение в течение 120 мин, после чего электроды осушали и отделяли композит от электрода.

Полученный композит был изучен методами СЭМ, РСА, а также методом наноиндентирования. Изучение показало наличие значительной неоднородности структуры: распределение графена в матрице композита неоднородно, отмечено наличие пор. Низка кристалличность структуры, менее 30% по данным РСА.

Приготавливали раствор меди с использованием сульфата меди, добавляли в раствор солей меди этиловый спирт до концентрации 37,5 мл/л, после чего раствор подкисляли до значения рН, равного 1. Приготавливали графен-содержащую суспензию, для чего добавляли в раствор меди графит-графеновую смесь в количестве 0,6 г/л и поверхностно-активное вещество полиакриловую кислоту в количестве 120 ppm. Приготовленную суспензию диспергировали в течение 20 минут с помощью ультразвука. Собирали ячейку электрохимического осаждения в двухэлектродном варианте с параллельными электродами, выполненными из меди и нержавеющей стали. Эту ячейку помещали в раствор сульфата меди и подавали рабочее напряжение в течение 20 мин. Затем ячейку помещали в графен-содержащую суспензию и подавали рабочее напряжение в течение 120 минут, после чего электроды осушали и отделяли композит от электрода.

Полученный композит был изучен методами СЭМ, РСА, а также методом наноиндентирования. Изучение показало наличие значительной неоднородности структуры: распределение графена в матрице композита неоднородно, низка сплошность поверхности, отмечено наличие пор.

Из приведенных выше примеров можно заключить, что способ получения композита «медь-графен» обеспечивает однородность получаемого композита, характеризуемую малым размером кристаллитов структуры, равномерным распределением графена в матрице композита и высокой кристалличностью структуры. Следствие однородности структуры являлось улучшение механических свойств материала, характеризуемое высокими значениями микротвердости.

Способ получения композита «медь-графен», включающий приготовление раствора меди, добавку в него этилового спирта, подкисление, приготовление графен-содержащей суспензии, ее диспергирование, сборку ячейки электрохимического осаждения, помещение ее в раствор и затем в суспензию, подачу напряжения осаждения, выдержку в растворах, осушение и отделение композита от электрода, отличающийся тем, что в качестве раствора меди готовят водно-спиртовой раствор сульфата меди, добавляют в него этиловый спирт до концентрации 37,5-42,5 мл/л и осуществляют подкисление до значений рН 1-2, после чего раствор делят на две части и из одной готовят суспензию, в которую добавляют графит-графеновую смесь в количестве 0,05-0,5 г/л и поверхностно-активные вещества Плюроник F-127 или полиакриловую кислоту в количестве 25-100 ppm, которую диспергируют в течение 15-20 минут, после чего ячейку помещают в раствор меди и подают рабочее напряжение в течение 20-30 минут, затем двухэлектродную ячейку перемещают в графен-содержащую суспензию с поверхностно-активными веществами и подают рабочее напряжение на электроды в течение 120-180 минут.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано при получении биологически активных и кормовых добавок. Способ получения аланината меди(II) включает нагревание тонкоизмельченного порошка аланина и порошкообразной меди в диметилформамиде при постоянном перемешивании реакционной смеси.

Изобретение может быть использовано для полуколичественного определения марганца(II) и меди(II) в водных растворах, в частности в природных и сточных водах в полевых условиях.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения феррита меди(II) включает добавление к горячему раствору солей железа(II) и меди(II) нитрита натрия.

Изобретение относится к новым солям цинка или меди (II) общей формулы, приведенной ниже, в которой М - Zn или Cu, R1 - Н или СН3, R2 - С2-С25алкил, либо группа R2-CO-O- означает кротонат, сорбат, линолеат, за исключением следующих соединений: CH2=C(CH3)-COO-Zn-O-CO-C2H5, CH2=CH-COO-Zn-O-CO-C2H5, СН2=СН-СОО-Cu-O-СО-С2Н5, СН2=С(СН3)-СОО-Zn-O-СО-(СН2)4-СН3, CH2=CH-COO-Zn-O-CO-(CH2)4-CH3, СН2=СН-СОО-Zn-O-СО-(СН2)6-СН3, CH2=C(CH3)-COO-Zn-O-CO-(CH2)6-CH3, СН2=СН-СОО-Cu-O-СО-(СН2)6-СН3, CH2=CH-COO-Zn-O-CO-(CH2)14-CH3, CH2=C(CH3)-COO-Zn-O-CO-(CH2)16-CH3, CH2=C(CH3)-COO-Zn-O-CO-iso-C17H35, CH2=CH-COO-Zn-O-CO-iso-C17H35, CH2=C(CH3)-COO-Zn-O-CO-(CH2)17-CH3.

Изобретение относится к оксиду р-типа, оксидной композиции р-типа, способу получения оксида р-типа, полупроводниковому прибору, аппаратуре воспроизведения изображения и системе.

Изобретение относится к применяемой в качестве биоцида соли цинка или меди общей формулы (II), в которой М - Zn или Cu, R1 выбран из группы, включающей водород и метил, R2 - замещенный С1-С5 алкил, m=0-5, n=0-2, m+n=1-5.

Изобретение относится к нанотехнологии, а именно к материалу и способу получения сферических конгломератов, содержащих наноразмерные частицы (НРЧ) металла, в частности меди, в оболочке из другого вещества или органического полимера.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения концентрированных водных растворов хлоркупрата меди (II) включает взаимодействие оксида меди (II) с соляной кислотой при интенсивном механическом перемешивании.
Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения гидроксохроматов меди(+2) включает приготовление реакционного водного раствора, содержащего хром(+6) и медь(+2), образование осадка гидроксохроматов меди(+2) и его отделение от раствора.

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций относится к плазмохимии, к синтезу озона и окислов азота из атмосферного воздуха, смеси кислорода с азотом с помощью барьерного разряда и может найти применение в научных исследованиях и медицине.

Изобретение относится к получению катализаторов на основе соединений меди, цинка, алюминия и хрома для низкотемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, катализатор может быть использован для низкотемпературного синтеза метанола, процессов гидрирования нитробензола, дегидрирования циклогексанола в циклогексанон в производстве капролактама.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в промышленном производстве наномодифицированных композиционных материалов, в биотехнологии, а также в фотонике.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для получения наноуглерода. Способ включает подачу в реакционную камеру, выполненную в виде ствола, периодически закрываемого с одного и открытого с другого конца, со стороны закрываемого конца через систему быстродействующих клапанов и смеситель в проточном режиме чистого или с добавкой кислорода ацетилена, а затем легко детонирующей ацетилен-кислородной смеси, инициирование детонации у закрытого конца камеры и после прохождения детонационной волны образование наноуглерода в результате детонационного разложения ацетилена, при этом в конце цикла получения наноуглерода производят продувку ствола газообразным углеводородом с общей формулой CnH2n+2 или CnH2n, реализуют частотное повторение циклов в автоматическом режиме, а полученный наноуглерод собирают в коллекторе.

Изобретение может быть использовано при изготовлении герметичных изделий, предназначенных для работы под избыточным давлением при высоких температурах и воздействии окислительной среды при её одностороннем или двустороннем доступе к изделию.

Изобретение относится к химической технологии получения оксикарбида молибдена и может быть использовано в углекислотной конверсии природного газа в качестве катализатора.

Изобретение относится к способу получения метанола из богатого диоксидом углерода потока в качестве первого сырьевого потока и богатого углеводородами потока в качестве второго сырьевого потока, а также к установке для его осуществления.

Изобретение относится к химии и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении электродов и суперконденсаторов. В проточном реакторе устанавливают температуру обработки в диапазоне (500 – 900) °С, включая указанные значения, обеспечивающую разложение прекурсора углерода и осаждение углерода на равномерно распределённый в прекурсоре темплат, предварительно температурно подготовленный при пропускании потока инертного газа.

Изобретение относится к получению монокристаллов алмазов, в частности, легированных азотом и фосфором, при высоких давлениях и температурах, которые могут быть использованы в устройствах электроники.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении прозрачных сенсорных экранов, световых панелей и фотоэлементов. Полученный из биомассы источник углерода, выбранный из целлюлозы и/или лигнина, высушивают в присутствии катализатора, выбранного из группы, состоящей из хлоридов марганца, соединений железа, соединений кобальта и соединений никеля, для получения первого промежуточного продукта.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - увеличение производительности нагнетательных скважин, уменьшение времени осуществления способа, его упрощение и удешевление.

Изобретение может быть использовано в электронике, электротехнике и машиностроении. Готовят водно-спиртовой раствор сульфата меди, добавляют в него этиловый спирт до концентрации 37,5-42,5 млл, подкисляют до рН 1-2 и делят на две части. Из одной части готовят суспензию, в которую добавляют графит-графеновую смесь в количестве 0,05-0,5 гл и поверхностно-активные вещества Плюроник F-127 или полиакриловую кислоту в количестве 25-100 ppm, диспергируют 15-20 мин. Производят сборку ячейки электрохимического осаждения, помещают ее в раствор меди и подают рабочее напряжение в течение 20-30 минут. Затем двухэлектродную ячейку перемещают в полученную графен-содержащую суспензию с поверхностно-активными веществами и подают рабочее напряжение на электроды в течение 120-180 мин. После указанной выдержки в растворах электроды осушают и отделяют полученный композит «медь-графен», имеющий высокую однородность и кристалличность, малый размер кристаллитов, равномерное распределение графена в матрице. Изобретение обеспечивает повышение микротвердости материала.

Наверх