一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法。一种氧化石墨烯增强锌基复合材料，该材料的原料包括0.3wt％～0.7wt％的氧化石墨烯，99.3wt％‑99.7wt％的锌粉，制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得氧化石墨烯溶液；将锌粉加入去离子水中，搅拌，搅拌期间逐步加入阳离子表面活性剂，得锌粉修饰液；将氧化石墨烯溶液加入锌粉修饰液中，搅拌均匀，过滤，干燥，得混合粉末；对混合粉末进行真空热压烧结，得氧化石墨烯增强锌基复合材料。本发明专利技术提出了一种通过静电吸附与真空热压烧结的方式制备氧化石墨烯增强锌基复合材料的方法，所得材料具有优异的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及锌基复合材料
，特别是一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法。
技术介绍
锌因具有良好的生物相容性，在生物医用材料领域具有巨大应用潜力。锌标准电极电位(-0.763V)处于Mg(-2.372V)与Fe(-0.447V)之间，因此，从耐蚀性的角度，Zn及Zn合金表现出适宜的降解速率。所以，锌基合金有望成为继镁基合金和铁基合金后成为新一代生物医用可降解短期植入材料。铸态的锌室温综合性能较差。可将金属制备为金属基复合材料(MMC)提高金属综合力学性能。选择合适的增强体以及制备方法，能够有效提高金属基复合材料的强度和塑性。而目前对于石墨烯及其衍生物与锌基复合材料结合的研究未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法。本专利技术提出了一种通过静电吸附与真空热压烧结的方式制备氧化石墨烯增强锌基复合材料的方法，所得材料具有优异的力学性能。本专利技术的技术方案：一种氧化石墨烯增强锌基复合材料，该材料的原料包括0.3wt％～0.7wt％的氧化石墨烯，99.3wt％-99.7wt％的锌粉。前述的氧化石墨烯增强锌基复合材料中，该材料的原料包括0.7wt％的氧化石墨烯。一种前述的氧化石墨烯增强锌基复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得氧化石墨烯溶液；(2)将锌粉加入去离子水中，搅拌，搅拌期间逐步加入阳离子表面活性剂，得锌粉修饰液；(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液加入步骤(2)得到的锌粉修饰液中，搅拌均匀，过滤，干燥，得混合粉末；(4)对混合粉末进行真空热压烧结，得氧化石墨烯增强锌基复合材料。前述的氧化石墨烯增强锌基复合材料的制备方法中，所述阳离子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或/和十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或任意几种的组合物。前述的氧化石墨烯增强锌基复合材料的制备方法中，所述锌粉修饰液中阳离子表面活性剂的浓度为0.5mg/mL～1.0mg/mL。前述的氧化石墨烯增强锌基复合材料的制备方法中，所述步骤(3)中搅拌的时间为90min～120min。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得到均匀的氧化石墨烯溶液，此时的氧化石墨烯溶液呈负电性，然后将锌粉加入去离子水中搅拌并逐步加入入阳离子表面活性剂，得到带正电性的锌粉修饰液，之后将呈负电性的氧化石墨烯溶液和带正电性的锌粉修饰液混合搅拌，此过程通过静电吸附的方式进行静电自组装，有效解决了石墨烯在基体中的分散问题，最后过滤干燥得到混合粉末，进行真空热压烧结即可获得氧化石墨烯增强锌基复合材料。2、本专利技术制备的氧化石墨烯增强锌基复合材料中，若氧化石墨烯含量过底(低于0.3wt％)对锌基体的增强效果并不明显，含量过高(高于0.7wt％)会增加氧化石墨烯在锌基体中的团聚现象，从而恶化复合材料的性能，按本专利技术将氧化石墨烯的含量控制在0.3wt％～0.7wt％范围，其含量与基体抗拉强度成正相关关系，添加0.7wt％氧化石墨烯时效果最优，其抗拉强度高达254Mpa较纯锌(112MPa)提高了其基体抗拉强度提升126.7％，其塑性大致与纯锌持平。本专利技术具有力学性能优异的优点。3、本专利技术中阳离子表面活性剂的浓度设置主要是根据氧化石墨烯的添加量确定，添加0.7wt％氧化石墨烯，对应阳离子活性剂浓度为1.0mg/mL时，吸附效果最优。在本专利技术锌粉修饰液中阳离子表面活性剂的浓度为0.5mg/mL～1.0mg/m的浓度范围进行正负电荷吸附后，氧化石墨烯与锌粉混合浊液趋近与电中性，其作用就是将氧化石墨烯的片层与锌颗粒(微观球状)紧紧相连。4、本专利技术中静电吸附时间即将氧化石墨烯溶液加入锌粉修饰液中的搅拌时间主要是根据氧化石墨烯的添加量确定，添加0.7wt％氧化石墨烯，选择吸附120min时其效果最优。在本专利技术吸附时间90min-120min的范围内，可保证吸附效果，若吸附时间太短会导致氧化石墨烯与阳离子表面活性化的锌粒接触不充分，无法形成有效的吸附。吸附时间过长则会使得吸附成功的氧化石墨烯与锌粒分开，从而导致吸附不成功。附图说明图1为氧化石墨烯静电吸附锌的扫描电镜图；图2为氧化石墨烯锌基复合材料方框处的EDS图；图3为实施例1和实施例2的拉伸应力-应变曲线图。其中，图1显示了经静电吸附后的氧化石墨烯与锌粒的扫描电镜图，可以看出锌粒子之间存在一种具有粘合性的物质。对该物质进行EDS分析(图2)发现，该粘合物质的主要成分为碳元素，确定其为氧化石墨烯。由此可以说明氧化石墨烯与阳离子表面处理的锌粒子能够成功进行静电吸附。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例1。一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法，制取0.3wt％氧化石墨烯/锌基复合材料，制备步骤如下：(1)将60mg氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得到均匀的氧化石墨烯溶液；(2)将120g锌粉加入去离子水中，在恒温磁力搅拌器的作用下搅拌，搅拌期间逐步加入80mg聚乙烯吡咯烷酮，得锌粉修饰液；聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.5mg/mL；(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液加入步骤(2)得到的锌粉修饰液中，在恒温磁力搅拌器的作用下搅拌均匀，并在此过程中进行静电自组装，时间为90min；过滤，干燥，得氧化石墨烯与锌的混合粉末；(4)对混合粉末进行真空热压烧结，得块体的氧化石墨烯增强锌基复合材料。对所得0.3wt％氧化石墨烯/锌基复合材料进行检测，检测结果如图3所示，该材料的抗拉强度为187MPa，较纯锌(112MPa)提高了66.9％。实施例2。一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法，制取0.7wt％氧化石墨烯/锌基复合材料，制备步骤如下：(1)将0.7wt％氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得到均匀的氧化石墨烯溶液；(2)将99.3wt％锌粉加入去离子水中，搅拌，搅拌期间逐步加入聚乙烯吡咯烷酮，得锌粉修饰液；锌粉修饰液中聚乙烯吡咯烷酮浓度为1.0mg/mL；(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液加入步骤(2)得到的锌粉修饰液中，搅拌均匀，并在此过程中进行静电自组装，时间为120min；过滤，干燥，得氧化石墨烯与锌的混合粉末；(4)对混合粉末进行真空热压烧结，得块体的氧化石墨烯增强锌基复合材料。对所得0.7wt％氧化石墨烯/锌基复合材料进行检测，检测结果如图3所示，该材料的抗拉强度为254MPa，较纯锌(112MPa)提高了125.6％。实施例3。一种氧化石墨烯增强锌基复合材料及其制备方法，材料的原料是0.4wt％的氧化石墨烯，其余为锌粉；制备步骤如下：(1)将0.4wt％氧化石墨烯加入无水乙醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯增强锌基复合材料，其特征在于：该材料的原料包括0.3wt％～0.7wt％的氧化石墨烯，99.3wt％-99.7wt％的锌粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯增强锌基复合材料，其特征在于：该材料的原料包括0.3wt％～0.7wt％的氧化石墨烯，99.3wt％-99.7wt％的锌粉。


2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯增强锌基复合材料，其特征在于：该材料的原料包括0.7wt％的氧化石墨烯。


3.一种如权利要求1-2任一项所述的氧化石墨烯增强锌基复合材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声处理，得氧化石墨烯溶液；
(2)将锌粉加入去离子水中，搅拌，搅拌期间逐步加入阳离子表面活性剂，得锌粉修饰液；
(3)将步骤(1)得到的氧化石墨烯溶液加入步骤(2)得到的锌粉修饰液中，搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵飞，代前飞，樊美，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52