[发明专利]一种石墨烯金属复合导体的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯金属复合导体的制备方法，包括以下步骤：(1)首先在铝箔的两面连续均匀镀一层铜层获得三明治结构的金属复合箔材；(2)采用卷对卷等离子体增强化学气相沉积法在金属复合箔材两侧的铜层表面各生长上一层石墨烯层；(3)将石墨烯改性的复合箔材通过卷绕的方式获得预压紧复合箔材卷，随后装入铝罐中处理；(4)将多层复合材料坯料的表面的铝罐去除，获得石墨烯金属复合导体锭坯；(5)挤压为石墨烯金属复合导体杆材；(6)将石墨烯金属复合导体杆材制备为直径0.2～4mm的石墨烯金属复合导体丝材。采用本发明提供的技术方案，能够获得石墨烯在铝导体中连续分布的导体材料，可大幅度提高铝导体的导电性能。

技术领域

本发明涉及金属复合导体领域，具体涉及一种石墨烯金属复合导体的制备方法和应用。

背景技术

对于电线电缆行业来说，通常采用铝导体或者铜导体。但是，铜比铝重。铜的比重是8.9g/cm³，铝的比重是2.7g/cm³，也就是说，导体规格相同的情况下，铜导体的重量是铝导体的3.3倍。但是，铝的电导率只有铜的61％，在传输电流相同的情况下，铝导体的截面要比铜导体大61％，如果用铝导体制造电缆，就必须使用截面更大的铝导体，从而增大了铝导体的占用体积，由此限制了铝导体的应用。石墨烯具有极高的强度和良好的导电性能，是理想的导体材料改性材料，通过石墨烯的添加有望同时提高金属导体的力学和电学性能。

粉末冶金法和熔融铸造法是常见的石墨烯改性金属材料的制备方法。粉末冶金法原理是利用粉末间的原子热扩散来结合，一般最后还会进行热挤压或冷轧制成件，但是受限于金属的成型温度，石墨烯粉末间难以形成冶金结合，石墨烯只能离散的分布在金属基体中，难以实现石墨烯在金属基体中的连续化。熔融铸造法是让处于熔融状态下的金属与石墨烯结合在一起的方法，但是该制备方法也存在很多问题，如金属基体对石墨烯界面不润湿或发生界面反应等。比如石墨烯改性铝材料时，石墨烯与铝基体互不润湿，它们之间难以润湿的原因在于铝基体和石墨烯的表面张力大，石墨烯在铝液中易于与基体发生反应，生成不稳定的界面产物，这种脆性界面产物的存在会导致材料在受力状态下产生应力集中，使得石墨烯脱离铝基体，也可能形成气孔导致材料致密度低等缺点。因此，以上这两种方法制备的石墨烯在金属基体中不连续，难以充分发挥出石墨烯高导电的特性。现有技术中化学气相沉积法能在铜表面生长出连续的石墨烯层，但是由于铝晶格参数和铜差别较大，且铝、碳易反应生成金属间化合物，因此难以在铝表面直接生长出良好的连续石墨烯层。此外，仅在金属表面生长的一层石墨烯，极易在后续使用过程中发生磨损，从而影响材料性能。

因此，现有技术的技术问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有技术的不足，提供一种石墨烯金属复合导体的制备方法和应用。本发明提供的一种石墨烯金属复合导体的制备方法，制备方法简单易行；本发明制备的一种石墨烯金属复合导体，其石墨烯在金属基体中连续、均匀，充分发挥出石墨烯高导电的特性；本发明中石墨烯金属复合导体在电线电缆等领域有广泛的应用前景。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种石墨烯金属复合导体的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用铝箔为原材料，首先在铝箔的两面连续均匀镀一层铜层，获得三明治结构的铜/铝/铜金属复合箔材；

(2)采用卷对卷等离子体增强化学气相沉积的方法在所述步骤(1)获得的三明治结构的铜/铝/铜金属复合箔材两侧的铜层表面各生长上一层石墨烯层，获得石墨烯改性的复合箔材；

(3)将所述步骤(2)获得的石墨烯改性的复合箔材通过卷绕的方式获得预压紧复合箔材卷，随后将复合箔材卷装入与复合箔材卷尺寸相适应的铝罐中，然后将铝罐进行真空除气，之后进行热等静压，获得致密的多层复合材料坯料；

(4)采用车削、线切割等机械加工的方式将所述步骤(3)中的多层复合材料坯料的表面的铝罐去除，获得石墨烯金属复合导体锭坯；