[发明专利]一种提高金属导电性能的复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种提高金属导电性能的复合材料及其制备方法，其中所述复合材料由n个A‑B‑A结构复合而成，其中，所述A为石墨烯碎片层，所述B为金属箔层，所述n为大于等于2的整数；所述石墨烯碎片层包括均匀平铺在所述金属箔层上的石墨烯碎片。使得常规金属材料的电导率至少提高18％以上，并保持其弯折后的电导率与正常情况下的电导率几乎持平。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种提高金属导电性能的复合材料及其制备方法。

背景技术

电力能源是当代社会生产生活中最重要的能源，国家统计局显示，我国年电力消费总额7.15万亿千瓦时(2018年)，其中，年输配电损失达3351.7亿千瓦时，相当于三峡3年的发电量，因此提高导电材料的导电率可以显著降低输配电损失，为节能减排做出巨大的贡献。

文献CN106584976A公开了一种高导电石墨烯/铜基层状复合材料及其制备方法，其基于高纯度和具有单晶或接近单晶的铜基底，才能形成优于纯银的电导率。然而，上述复合材料在热压过程中会使得石墨烯无序的断裂，容易产生有些石墨烯碎片过大以及石墨烯碎片之间距离过小或过大的结构，碎片过大和/或碎片之间的距离过小时，石墨烯在弯曲状态下承受较大的应力，并导致进一步的无序断裂，无法形成均匀且良好的载流子通道，从而降低了材料在弯曲应用时的电导率，碎片距离过大时，亦无法形成良好的载流子通道。此外，对于常规的导电金属及其合金、复合材料等，由于其不同于铜表面的单晶结构以及非高纯度等原因，按照上述文献中的方式获得的这类复合材料，并不能提升相应的导电性能及弯曲或弯折时的导电性能。

基于目前越来越多在弯曲状态下的应用需求，急需解决常规导电金属材料的导电性能问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高金属导电性能的复合材料，解决目前常规金属材料导电率低以及进一步弯曲应用时导电率低的问题，使得常规金属材料的电导率至少提高18％以上，并保持其弯折后的电导率与正常情况下的电导率几乎持平。

具体地：

本申请涉及一种提高金属导电性能的复合材料，所述复合材料由n个A-B-A结构复合而成，其中，所述A为石墨烯碎片层，所述B为金属箔层，所述n为大于等于2的整数。

所述n优选10-30。处于该优选范围内，使得相对更容易获得以下质量分数和体积分数的复合材料。

进一步的，所述石墨烯碎片层包括均匀平铺在所述金属箔层上的石墨烯碎片。

进一步的，每个所述石墨烯碎片的面积均介于50-1000μm²之间，相邻所述石墨烯碎片之间的距离均介于5-20μm之间。

进一步的，所述石墨烯碎片为在断裂前是单层、双层或多层的未化学修饰过的石墨烯。

化学修饰如氧化还原石墨烯等，会给石墨烯带来很多缺陷和杂质，影响石墨烯的迁移率，不利于高导电复合材料的设计和制备。

进一步的，所述石墨烯碎片在所述复合材料中所占的质量分数为0.0004％-0.07％；或所述石墨烯碎片在所述复合材料中所占的体积分数为0.001％-0.05％。

上述质量分数根据所述体积分数以及不同金属箔层的密度来获得。

上述石墨烯碎片含量，不仅可以实现最优的导电性能，同时还能保证复合材料的拉抗强度、弯曲等性能，过高和过低的石墨烯碎片含量均无法实现上述性能。

进一步的，所述金属箔层选自常规的导电金属材料。并不仅仅限于高纯度的具有单晶结构的铜。

进一步的，所述金属箔层选自银、铜、铝、镁以及它们的合金或复合材料中的至少一种。

进一步的，所述金属箔层的厚度为10-50μm。