中科院电工所：简易制备高导电铜/石墨烯复合材料，用于电工材料领域

颗粒在线讯：具有高导电性和高强度的铜基材料在能源和电力领域受到强烈需求。但是，无法通过传统手段获得可扩展且简便的铜基材料，同时提高导电性和强度。本文，中国科学院电工研究所高召顺研究员团队在《Carbon》期刊发表名为"In-situ Graphene Enhanced Copper Wire: A Novel Electrical Material with Simultaneously High Electrical Conductivity and High Strength"的论文，研究通过真空热压烧结铜粉和无毒、廉价的液体石蜡，在铜中原位生长高质量的石墨烯，很容易实现高导电性和高强度。通过改变铜粉尺寸、液体石蜡含量和烧结工艺参数，对石墨烯进行进一步精细的结构设计和形貌控制，提高了性能。均匀分布的 3D 石墨烯起着至关重要的作用，它作为电子传输通道，通过晶粒细化、位错强化和载荷转移机制强化基体。因此，冷拔铜/石墨烯复合线具有 94.85% IACS 的高导电率和 516 MPa 的高拉伸强度，以及良好的抗软化性。该工作为制备高性能石墨烯增强铜基复合材料提供了一种低成本、高效率的方法，为大规模生产不同形状的高性能铜/石墨烯复合材料开辟了新的途径。

图1. Cu/Gr复合材料的制备工艺示意图及Cu/Gr-50复合材料在900℃、50 MPa、小于20 μm的Cu粉末烧结1h的微观结构

图2. 烧结块状 Cu/Gr 复合材料的电导率和硬度随不同工艺参数的变化

图3. Cu/Gr-50复合材料在不同温度下烧结的显微组织和拉曼光谱

图4. 冷拔Cu/Gr-50线材的TEM图

图5. Cu/石墨的抗拉强度和电导率的比较复合材料用不同的方法

总之，通过真空热压烧结铜粉和无毒、廉价的液体石蜡，成功制备了新型三维石墨烯增强铜复合材料。这种原位形成策略也可以扩展到石墨烯增强的其他金属基复合材料（铜基合金、镍基合金等）的制备，以用于潜在的结构和功能应用。