：本發明涉及一種高導熱鋁基石墨烯復合材料的制備方法，屬于材料表面處理領域。

背景技術：
：金屬基復合材料是現在研究的熱點之一。目前，制備高導熱金屬復合材料的方法主要集中在以下兩方面：一是利用納米技術，以金屬為基本相，研究金屬基復合材料；二是利用制備出的高導熱材料通過膠接等物理手段實現高導熱材料與金屬的結合。納米技術尤其是納米碳增強金屬基復合材料的迅速發展，人們試圖得到高導熱金屬基復合材料。金屬材料的熱導率好，但是熱膨脹系數較大，大多數研究致力于在金屬基體中加入熱膨脹系數低的納米粒子和纖維制成金屬基復合材料。由于納米粒子具有高的比表面積和穩定的化學性質，納米粒子在復合材料中的均勻分散及其與金屬基體界面結合的控制成為制備高性能金屬基復合材料的難題，而且將二者復合制備的金屬基復合材料導熱性能都不理想。目前，將石墨烯作為增強相用于制備金屬基石墨烯復合材料的方法包括粉末冶金法、熔體攪拌法、化學合成法、電化學沉積法、化學氣相沉積法、分子水平混合法和水熱合成法等，這些方法主要存在下列問題：石墨烯與熔融金屬界面的反應問題，石墨烯在金屬基體中如何均勻分散的問題，石墨烯在金屬基底上的團聚問題，并且由于混合材料比單質材料導熱率差的基本規律決定了其導熱率有限。利用制備出的高導熱材料通過膠接等物理手段實現高導熱材料與金屬的結合則由于物理結合的方法決定了其所獲得的材料綜合性能(如附著力)欠佳，使用受限。如何充分利用這些材料的優勢，有望在不破壞金屬結構的情況下，在金屬基底上獲得耐磨損，機械強度高，導熱性好的理想的導熱材料，是一項具有挑戰性的研究課題。

技術實現要素：
：針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種高導熱鋁基石墨烯復合材料的制備方法，所述方法工藝簡單、儀器設備操作簡便；所制備的高導熱鋁基石墨烯復合材料解決了金屬本身熱導率不夠高的問題。本發明的目的是由以下技術方案實現的：一種高導熱鋁基石墨烯復合材料的制備方法，所述方法步驟包括：將鋁片豎直浸入pH為8～8.5的多巴胺水溶液中，靜置反應20～80min；將鋁片從多巴胺水溶液中取出后，用純度不小于蒸餾水的水清洗，再將清洗后的鋁片豎直浸入氧化石墨烯水溶液中，靜置反應2～6h；將鋁片從氧化石墨烯水溶液中取出后，用純度不小于蒸餾水的水清洗，再將清洗后的鋁片放入100～300℃下進行退火處理，退火時間為0.5～3h，得到所述高導熱鋁基石墨烯復合材料。所述多巴胺水溶液的濃度為2～50mg/mL。所述氧化石墨烯水溶液的濃度為0.005～0.5mg/mL。有益效果：本發明所述方法過程簡單、儀器設備操作簡便，而且在不破壞金屬結構的基礎上，在金屬表面制備了導熱性能優越的石墨烯復合物，從而大大改善了金屬復合材料的導熱性能，解決了石墨烯在金屬基體中均勻分散的問題、石墨烯與金屬界面的反應問題及石墨烯與基底金屬的潤濕性問題。附圖說明：圖1是對比例1制備的未退火處理的鋁片Ⅱ的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖2是對比例1制備的200℃退火處理的鋁片Ⅱ的掃描電子顯微鏡圖。圖3是對比例1制備的300℃退火處理的鋁片Ⅱ的掃描電子顯微鏡圖。圖4是實施例2制備的未退火處理的鋁片Ⅰ的掃描電子顯微鏡圖。圖5是實施例2制備的200℃退火處理的鋁片Ⅰ的掃描電子顯微鏡圖。圖6是實施例2制備的300℃退火處理的鋁片Ⅰ的掃描電子顯微鏡圖。圖7是對比例1制備的未退火處理的鋁片Ⅱ、200℃退火處理的鋁片Ⅱ及300℃退火處理的鋁片Ⅱ的紅外光譜對比圖。圖8是實施例2制備的未退火處理的鋁片Ⅰ、200℃退火處理的鋁片Ⅰ及300℃退火處理的鋁片Ⅰ的紅外光譜對比圖。圖9是實施例2制備的未退火處理的鋁片Ⅰ、200℃退火處理的鋁片Ⅰ及300℃退火處理的鋁片Ⅰ的拉曼光譜對比圖。具體實施方式：下面結合具體實施例對本發明作進一步的闡述。以下實施例中：氧化石墨烯的制備方法：將100mL質量分數為98％的濃H2SO4和質量分數為85％的濃H3PO4按9:1的體積比進行混合的混合液加入到裝有0.75g石墨和4.85g高錳酸鉀的250mL三口瓶中，得到反應溶液；將含有反應溶液的三口瓶在50℃油浴中回流反應12h；待反應溶液冷卻至室溫后，倒入裝有100g冰的500mL燒杯中，再向燒杯中緩慢滴加0.75mL質量分數為30％的H2O2，滴加完H2O2后進行離心，將離心得到的固體物質依次用質量分數為30％的鹽酸洗2次、質量分數為5％的鹽酸洗4次、蒸餾水反復洗滌至pH值為中性、乙醇洗滌3次；將洗滌后的固體物質溶于100mL乙醚中，再用孔徑為0.45μm的PVDF膜過濾，將過濾得到的固體物質在25℃的真空干燥箱中干燥，得到氧化石墨烯。實施例1(1)將多巴胺用蒸餾水配置成20mg/mL的水溶液，用NaOH溶液將其pH調為8.5，得到多巴胺水溶液；將氧化石墨烯置于蒸餾水中，然后超聲4h，配置成0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液；(2)鋁片依次在乙醇、丙酮、乙醇中分別超聲清洗5min，除去鋁片表面的油污；(3)將清洗后的鋁片豎直浸入多巴胺水溶液中，靜置反應60min；將鋁片從多巴胺水溶液中取出后，用蒸餾水清洗，再將鋁片豎直浸入氧化石墨烯水溶液中，靜置反應3h；將鋁片從氧化石墨烯水溶液中取出后，用蒸餾水清洗，再將鋁片平放在培養皿中，并放入200℃的烘箱中進行退火處理，退火時間為2h，得到高導熱鋁基石墨烯復合材料。為了研究多巴胺溶液中反應時間、氧化石墨烯水溶液中反應時間、退火溫度以及退火時間對所制備的鋁基石墨烯復合材料熱導率的影響，改變溶液中反應時間、氧化石墨烯水溶液中反應時間、退火溫度或退火時間中一種以上反應條件，其他反應條件不變，制備鋁基石墨烯復合材料。采用正交試驗法L9(34)做4因素3水平試驗，詳見表1和表2。表1表2用激光導熱儀測試在不同條件下所制備的鋁基石墨烯復合材料的熱導率，見表2，所制備的鋁基石墨烯復合材料的熱導率最高能達到263.5888W·m-1·K-1，較純鋁的熱導率129.0741W·m-1·K-1提高了104.2％。由表2中的試驗數據可知，鋁片在多巴胺水溶液中反應時間為40min，在氧化石墨烯水溶液中反應時間為4h，退火溫度為200℃以及退火時間為1h時，所制備的鋁基石墨烯復合材料的熱導率性能最好。實施例2(1)將多巴胺用蒸餾水配置成20mg/mL的水溶液，用NaOH溶液將其pH調為8.5，得到多巴胺水溶液；將氧化石墨烯置于蒸餾水中，然后超聲4h，配置成0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液；(2)鋁片依次在乙醇、丙酮、乙醇中分別超聲清洗5min，除去鋁片表面的油污；(3)將清洗后的鋁片豎直浸入多巴胺水溶液中，靜置反應40min；將鋁片從多巴胺水溶液中取出后，用蒸餾水清洗，再將清洗后的鋁片豎直浸入氧化石墨烯水溶液中，靜置反應4h；將鋁片從氧化石墨烯水溶液中取出后，用蒸餾水清洗，得到鋁片Ⅰ，再將鋁片Ⅰ平放在培養皿中，并放入200℃的烘箱中進行退火處理，退火時間為1h，得到200℃退火處理的鋁片Ⅰ。將本實施例中的退火溫度變成300℃，其它試驗條件不變，得到300℃退火處理的鋁片Ⅰ；將本實施例中得到鋁片Ⅰ不進行退火處理，得到未退火處理的鋁片Ⅰ。對比例1(1)將多巴胺用蒸餾水配置成20mg/mL的水溶液，用NaOH溶液將其pH調為8.5，得到多巴胺水溶液；將氧化石墨烯置于蒸餾水中，然后超聲4h，配置成0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液；(2)鋁片依次在乙醇、丙酮、乙醇中分別超聲清洗5min，除去鋁片表面的油污；(3)將清洗后的鋁片豎直浸入多巴胺水溶液中，靜置反應60min；將鋁片從多巴胺水溶液中取出后，用蒸餾水清洗，得到鋁片Ⅱ，再將鋁片Ⅱ平放在培養皿中，并放入200℃的烘箱中進行退火處理，退火時間為1h，得到200℃退火處理的鋁片Ⅱ。將本對比例中的退火溫度變成300℃，其它試驗條件不變，得到300℃退火處理的鋁片Ⅱ；將本對比例中得到鋁片Ⅱ不進行退火處理，得到未退火處理的鋁片Ⅱ。圖1、圖2、圖3分別是對比例1制備的未退火處理的鋁片Ⅱ的SEM圖、200℃退火處理的鋁片Ⅱ的SEM圖及300℃退火處理的鋁片Ⅱ的SEM圖，從圖1、圖2、圖3中可以看出，鋁片與多巴胺水溶液反應后，鋁片表面都均勻地覆蓋了一層呈條紋狀的多巴胺薄膜；其中，在200℃條件下退火處理后的鋁片表面所覆蓋的多巴胺薄膜層更均勻，在300℃條件下退火處理后的鋁片表面所覆蓋的多巴胺薄膜層較凌亂。圖4、圖5、圖6分別是實施例2制備的未退火處理的鋁片Ⅰ的SEM圖、200℃退火處理的鋁片Ⅰ的SEM圖及300℃退火處理的鋁片Ⅰ的SEM圖，從圖4、圖5、圖6中可以看出，氧化石墨烯膜層覆蓋在多巴胺膜層上，石墨烯層均呈褶皺狀，鋁片表面的整體形貌發生了變化，未退火處理的鋁片表面有較少的片狀物聚集，退火之后的鋁片表面的基本形貌沒有發生變化，但是膜層更加緊密了；其中，在200℃條件下退火處理后的鋁片表面最均勻，密實。圖7是對比例1制備的鋁片Ⅱ的紅外光譜圖；其中，a、b、c分別是未退火處理的鋁片Ⅱ、200℃退火處理的鋁片Ⅱ及300℃退火處理的鋁片Ⅱ的紅外光譜圖。從圖7中可知，退火處理對多巴胺峰位的影響不大，說明退火處理對多巴胺的結構產生的影響不大。圖8是實施例2制備的鋁片Ⅰ的紅外光譜圖；其中，d、e、f分別是未退火處理的鋁片Ⅰ、200℃退火處理的鋁片Ⅰ及300℃退火處理的鋁片Ⅰ的紅外光譜圖。從圖8中可知，退火處理對鋁基石墨烯復合材料的影響很大，在1734cm-1、1585cm-1、1234cm-1以及1131cm-1的位置出現了新的峰位，說明氧化石墨烯的羧基與聚多巴胺的羥基脫水形成酯。圖9是實施例2制備的鋁片Ⅰ的拉曼光譜圖；其中，d、e、f分別是未退火處理的鋁片Ⅰ、200℃退火處理的鋁片Ⅰ及300℃退火處理的鋁片Ⅰ的拉曼光譜圖。圖9中1329cm-1和1602cm-1是氧化石墨烯的2個吸收帶。由圖7、圖8以及圖9可知，多巴胺在堿性條件下發生聚合反應所生成的聚多巴胺吸附在金屬Al表面；聚多巴胺具有吸附性，將氧化石墨烯吸附在其表面上；在退火過程中，部分氧化石墨烯的羧基與聚多巴胺的羥基脫水形成酯，存在一定的相互作用，從而使吸附的氧化石墨烯更加牢固。本發明包括但不限于以上實施例，凡是在本發明的精神和原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發明的保護范圍之內。