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2021-10-12
顆粒在線訊：具有高導(dǎo)電性和高強(qiáng)度的銅基材料在能源和電力領(lǐng)域受到強(qiáng)烈需求。但是，無法通過傳統(tǒng)手段獲得可擴(kuò)展且簡便的銅基材料，同時(shí)提高導(dǎo)電性和強(qiáng)度。本文，中國科學(xué)院電工研究所高召順研究員團(tuán)隊(duì)在《Carbon》期刊發(fā)表名為"In-situ Graphene Enhanced Copper Wire: A Novel Electrical Material with Simultaneously High Electrical Conductivity and High Strength"的論文，研究通過真空熱壓燒結(jié)銅粉和無毒、廉價(jià)的液體石蠟，在銅中原位生長高質(zhì)量的石墨烯，很容易實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性和高強(qiáng)度。通過改變銅粉尺寸、液體石蠟含量和燒結(jié)工藝參數(shù)，對石墨烯進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和形貌控制，提高了性能。均勻分布的 3D 石墨烯起著至關(guān)重要的作用，它作為電子傳輸通道，通過晶粒細(xì)化、位錯強(qiáng)化和載荷轉(zhuǎn)移機(jī)制強(qiáng)化基體。因此，冷拔銅/石墨烯復(fù)合線具有 94.85% IACS 的高導(dǎo)電率和 516 MPa 的高拉伸強(qiáng)度，以及良好的抗軟化性。該工作為制備高性能石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料提供了一種低成本、高效率的方法，為大規(guī)模生產(chǎn)不同形狀的高性能銅/石墨烯復(fù)合材料開辟了新的途徑。
圖1. Cu/Gr復(fù)合材料的制備工藝示意圖及Cu/Gr-50復(fù)合材料在900℃、50 MPa、小于20 μm的Cu粉末燒結(jié)1h的微觀結(jié)構(gòu)
圖2. 燒結(jié)塊狀 Cu/Gr 復(fù)合材料的電導(dǎo)率和硬度隨不同工藝參數(shù)的變化
圖3. Cu/Gr-50復(fù)合材料在不同溫度下燒結(jié)的顯微組織和拉曼光譜
圖4. 冷拔Cu/Gr-50線材的TEM圖
圖5. Cu/石墨的抗拉強(qiáng)度和電導(dǎo)率的比較復(fù)合材料用不同的方法
總之，通過真空熱壓燒結(jié)銅粉和無毒、廉價(jià)的液體石蠟，成功制備了新型三維石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料。這種原位形成策略也可以擴(kuò)展到石墨烯增強(qiáng)的其他金屬基復(fù)合材料（銅基合金、鎳基合金等）的制備，以用于潛在的結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)用。
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