[发明专利]利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法

摘要

本发明公开了一种利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，将氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水混合均匀，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；再将硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，通过水热反应使氧化石墨烯还原为石墨烯并与硼粉复合，将产物离心分离后取沉淀真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；再将石墨烯原位包覆硼粉制成所需形状前驱体块；再将前驱体块与镁粉一起装入铁管中密封后热处理，得到块状二硼化镁超导体。本发明通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，再通过镁扩散法制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁块材。 1

主权项

1.一种利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备出氧化石墨烯水溶液；

(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；

(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；

(4)将在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉制成所需形状的前驱体块体；

(5)按照硼和镁的原子比为2:1的比例，将在所述步骤(4)中制备的前驱体块体与镁粉装入铁管中，并对铁管两端进行密封，得到前驱体块体和硼粉混合的装管复合体，然后采用扩散法，将装管复合体置入扩散热处理炉中，在非氧化保护气氛下对前驱体块体和硼粉混合物进行热处理，得到块状二硼化镁超导体。

2.根据权利要求1所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备出氧化石墨烯水溶液；

(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的0.01～20wt.％；

(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为50～250℃，水热反应持续时间为5min～50h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；

(4)将在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉制成片状的前驱体块体；

(5)按照硼和镁的原子比为2:1的比例，将在所述步骤(4)中制备的前驱体块体与镁粉装入铁管中，并对铁管两端进行密封，得到前驱体块体和硼粉混合的装管复合体，然后采用扩散法，将装管复合体置入扩散热处理炉中，在非氧化保护气氛下对前驱体块体和硼粉混合物进行热处理，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为500～1200℃，热处理升温速度为1～100℃/min，热处理保温时间为0.5～24h，最后以降温速度为1～100℃/min随炉冷却至室温，得到块状二硼化镁超导体。

3.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合的方式采用超声搅拌和机械搅拌中的任意一种或者二者的混合搅拌方式。

4.根据权利要求3所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合的方式采用超声搅拌和机械搅拌的混合搅拌方式，持续搅拌时间为6～24h，其中超声搅拌采用的超声功率为200～1000W。

5.根据权利要求4所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，进行氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合时，首先取硼粉加入去离子水中，采用超声搅拌和机械搅拌同时进行将其分散，随后持续混合搅拌，得到硼粉分散液；量取在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液，将其稀释后逐滴缓慢滴入保持混合搅拌的硼粉分散液中，直至氧化石墨烯水溶液滴加完毕，再保持超声搅拌至少5min；随后停止超声搅拌，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液。

6.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，进行扩散热处理的非氧化保护气氛采用惰性保护气体气氛、还原性保护气体气氛或真空状态环境。

7.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，控制所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的3～10wt.％。

8.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，控制水热反应温度为120～180℃，水热反应持续时间为6～48h。

9.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，采用压力成型方法，制备片状的前驱体块体，控制压制过程压力为8.5～12MPa，持续保压时间1～5min。

10.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为650～900℃，热处理升温速度为5～10℃/min，热处理保温时间为1～10h，最后以降温速度为5～10℃/min随炉冷却至室温，得到块状二硼化镁超导体。