[发明专利]三维石墨烯-铜复合材料及复合电线电缆的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维石墨烯‑铜复合材料及复合电线电缆的制备方法，步骤包括：将三维石墨烯进行表面处理之后与铜粉一块进行真空热压烧结后得到复合材料；复合材料经过拉拔、在保护环境下反复退火拉伸后、外包绝缘层，最终得到电线电缆。本发明利用了三维石墨烯的三维立体的骨架结构，同时后续加工保证了三维石墨烯结构的稳定性和结合力，可以获得具有良好导电性和高载流量的三维石墨烯‑铜复合电线电缆，该方法实际操作简单，制备周期短，适应范围广。

技术领域

本发明涉及铜石墨烯复合材料领域，具体涉及一种三维石墨烯-铜复合材料及复合电线电缆的制备方法。

背景技术

目前，电线电缆的导体绝大部分采用铜和铝两种材料，或在一些特殊的领域采用银或者超导材料。铜及铜合金具有优越的导电性、抗腐蚀性、机械性能，其用量远远超过铝导体，成为电线电缆中应用最为普遍的材料。随着工业的发展，对铜电线电缆性能的要求也越来越高。

石墨烯作为一种新近发现的二维晶体材料，具有优异的电学、热学以及机械性能。单层石墨烯热导率高达5150w/(m·k)，载流子迁移率达15000cm²/(v·s)。同样的，石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还硬，估算其抗拉强度125GPa，是钢铁抗拉强度的100倍以上，石墨烯的优异性能使得石墨烯在复合材料、储能、医学、传感器和电子信息等领域有着广阔的应用前景。

在铜线缆中，石墨烯的加入不仅能够保证材料具有较高的导电导热性能，而且还能提高材料的强度和耐磨性能。同时，石墨烯还能提高材料的耐蚀性和抗氧化性。目前，铜石墨烯复合材料中多以石墨烯粉体为主，如石墨烯分散后和铜粉的混合。但是石墨烯粉体和浆料很容易发生团聚效应，即使经过溶液均匀分散，但在形成的微观结构中还是会产生团聚效应，这就导致石墨烯并不能构成一个网络，它的导电导热性能也会受到影响。目前，也有大量利用CVD在平面铜板上生长石墨烯，但是这种尺寸受到设备的限制，得到的基本都是平面的铜石墨烯，而且尺寸一般较小。

三维石墨烯是将石墨烯通过某种方式连接在一起而形成一种三维立体的骨架结构。这种三维石墨烯相比于二维石墨烯的，其拥有大量的孔隙和较大的表面积，其仍然具有优异的电学、热学性能以及力学性能。相比二维石墨烯，三维石墨烯不再局限于薄膜状，具有一定的结构稳定性。现有技术中公开了一种用化学气相沉积法在三维泡沫镍模板表面沉积石墨烯薄膜，并经溶除多孔金属基底后得到多孔泡沫状石墨烯。通过对三维石墨烯与铜复合，获得具有石墨烯网络结构的铜线缆，对提高导电率和高载流量有着重要帮助。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种三维石墨烯-铜复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三维石墨烯-铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S2：在三维石墨烯的上面和下面分别均匀覆盖一层铜粉；

步骤S3：在真空条件下，将步骤S2得到覆盖有铜粉的三维石墨烯进行热压烧结处理，得到三维石墨烯-铜复合材料。

优选的，还包括在步骤S2之前进行的步骤S1，

步骤S1：将三维石墨烯放入酸洗液中浸泡，随后放入酒精溶液中超声清洗，清洗后进行干燥处理。

优选的，所述步骤S1中，所述酸洗液为盐酸、硝酸或硫酸中的一种或多种，质量分数为5％～20％，浸泡时间为20min～30min，在酒精溶液中超声清洗的时间为20min～30min；所述干燥处理的方式为鼓风干燥，温度为40℃～150℃。

优选的，所述三维石墨烯的密度为0.2mg/cm³～10mg/cm³，孔隙率为50％～95％，厚度为1mm～10mm。

优选的，所述步骤S2中，所述铜粉为200～1000目的电解铜粉或者球形铜粉。