铜基石墨烯及导体的制备方法和电线电缆技术

一种铜基石墨烯的制备方法，包括如下步骤：对铜材进行表面清洗、干燥处理；依次将耐高温基片、铜材、耐高温基片堆叠放置，形成三层堆叠结构；退火处理；采用化学气相沉积法，在铜材的表面生长石墨烯层，得到铜基石墨烯。一种铜基石墨烯导体的制备方法，将上述铜基石墨烯经过热压烧结、拉丝、退火处理，得到铜基石墨烯导体。一种电线电缆，由多根绞合单体绞合而成，多根绞合单体包括一根或多根铜基石墨烯导体。本发明专利技术提供一种铜基石墨烯及导体的制备方法和电线电缆，采用基片

【技术实现步骤摘要】
铜基石墨烯及导体的制备方法和电线电缆


[0001]本专利技术涉及电线电缆材料领域，具体涉及一种铜基石墨烯及导体的制备方法和电线电缆。

技术介绍

[0002]目前，随着现代工业飞速发展，航空航天、交通运输、机械化工、能源、通讯、电气电子和国防等领域对铜或铜合金的导电性能要求越来越高。国内外科学界已开发出包括Cu
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Ag、Cu
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Al、Cu
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Cr
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Fe等高导铜合金材料与复合材料。与铝导体相比，铜及其铜合金具有优越的导电性、抗腐蚀性等性能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。现已研发出的材料大多停留于实验阶段，因生产成本过高、制备工艺复杂等问题使之得不到广泛的应用。但各大工业领域对高导电、性能优良的铜合金或其复合材料的需求越来越紧迫。
[0003]石墨烯是由sp2杂化碳原子紧密堆积成的具有二维蜂窝状晶格结构的碳材料，因其具有优异的综合性能：抗拉强度为125Gpa，弹性模量为1.0Tpa，单层石墨烯热导率为5300W/(m
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k)，载流子迁移率高达15000cm2/(v
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s)，常被作为制备复合材料的理想填料。石墨烯的优异性能使得石墨烯在复合材料、微纳加工、生物医学、电子信息等领域有着广阔的应用前景。
[0004]增强体石墨烯加入基体铜箔中，使铜基石墨烯复合材料具有较高的导电导热性能、高强度和高耐磨性能、高抗氧化性等优异性能，广泛地应用于电线电缆、集成电路、电触点材料等方面。目前，铜基石墨烯复合材料现有制备技术主要使用化学法制备，如：机械球磨法、溶液共混法，原位生长法等。这些制备方法存在很多问题：石墨烯层数过多、石墨烯粉体和浆料很容易发生团聚效应、分散均匀性差，复合材料中很难形成石墨烯导电网络等，使得到的铜基石墨烯复合材料的电学性能和延伸率大幅下降。相比而言，化学气相沉积法一方面可精确控制层数，样品均匀性好；另一方面，制备的石墨烯质量较高，可实现大规模连续化生产，是制备石墨烯的理想方法。但实际上，化学气相沉积方法制备的石墨烯表面往往有很多氧化颗粒污染物，这些不导电的氧化颗粒污染物的存在会大大降低石墨烯的导电性，严重影响了石墨烯的应用。因此从源头上减少氧化颗粒的形成，解决石墨烯制备过程中杂质污染的问题，制备出洁净石墨烯，对石墨烯的应用具有十分重要的意义。之后，再将所述洁净铜基石墨烯进行热压烧结成型、电缆拉丝工艺，最后得到超高导的铜基石墨烯合金电缆，与未来连续动态的工业化制备相结合，显得意义重大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种铜基石墨烯及导体的制备方法和电线电缆。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]一种铜基石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1：对铜材进行表面清洗、干燥处理；
[0009]步骤S2：依次将耐高温基片、步骤S1得到的铜材、耐高温基片堆叠放置，形成一种基片
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铜材
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基片的三层堆叠结构；
[0010]步骤S3：将步骤S2得到的三层堆叠结构进行退火处理；
[0011]步骤S4：将步骤S3退火处理后的三层堆叠结构采用化学气相沉积法生长石墨烯层，在铜材的表面生长石墨烯层，得到铜基石墨烯。
[0012]优选地，所述步骤S1中，所述表面清洗处理为先用丙酮、稀盐酸对铜材表面清洗，再分别用乙醇、去离子水多遍清洗铜材；所述干燥处理在氮气氛围下进行。
[0013]优选地，所述铜材包括铜粉、铜箔或铜丝中的一种。
[0014]优选地，所述耐高温基片为石墨片或氧化铝片。
[0015]优选地，所述步骤S3中的退火处理包括如下步骤：
[0016]步骤S31：将步骤S2得到的三层堆叠结构放入载具中，再将放有三层堆叠结构的载具置于石英管内；
[0017]步骤S32：将石英管内抽真空至1Pa后，通入氩气反复清洗石英管道；
[0018]步骤S33：以流量为100～300sccm持续向石英管通入氢气，以10～50℃/min的速率加热至1000～1050℃，退火0.5～3h。
[0019]优选地，所述步骤S4中的化学气相沉积法包括如下步骤：
[0020]步骤S41：以流量为100～300sccm向石英管通入氢气，以流量为5～50sccm向石英管通入甲烷，在1000～1050℃的温度下维持0.5～3h，生长石墨烯；
[0021]步骤S42：快速降至室温，并停止通入甲烷、氢气。
[0022]本专利技术的铜基石墨烯的制备方法，从源头上减少氧化颗粒的形成，解决石墨烯制备过程中杂质污染的问题，制备出洁净石墨烯。具体提供一种将铜材放置在两层耐高温基片之间形成的基片
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铜材
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基片的“三明治”结构，从而形成一种相对密闭的空间结构来生长洁净石墨烯。该微米级的密闭空间结构可以使得气体正常通过并加剧各气体分子之间的有效碰撞，更高效的制备出高质量石墨烯。此外，该结构可有效阻止高温时从石英管等析出的硅氧化物颗粒在铜材表面的聚集沉积，从而保证得到表面洁净的石墨烯。
[0023]本专利技术还提供一种铜基石墨烯导体的制备方法，包括如下步骤：
[0024]步骤S5：将上述任意一种技术方案中的铜基石墨烯热压烧结成铜坯块；
[0025]步骤S6：将步骤S5得到的铜坯块进行拉丝制成导线；
[0026]步骤S7：将步骤S6得到的导线进行退火处理，得到铜基石墨烯导体。
[0027]优选地，所述步骤S5中，烧结工艺为在真空条件下，压力值为15～100KN，烧结温度500～900℃，时间10～90min。
[0028]优选地，所述步骤S6中拉丝工艺为热挤压工艺，模具预热温度为600～950℃，铜坯温度为600～950℃，挤压比为10～100。
[0029]优选地，所述步骤S7中退火处理的退火温度为400～600℃，时间为1～4h。
[0030]本专利技术的铜基石墨烯导体的制备方法，将洁净铜基石墨烯进行热压烧结成型、电缆拉丝工艺，最后得到超高导的铜基石墨烯导体。
[0031]本专利技术还提供一种电线电缆，由多根绞合单体绞合而成，所述多根绞合单体包括一根或多根上述任意一种技术方案中的铜基石墨烯导体。
[0032]优选地，所述绞合单体还包括导电单丝，所述导电单丝为铜丝、铝丝、钢丝、非金属导电单丝、复合材料单丝中的一种或多种。
[0033]本专利技术的电线电缆，采用洁净无氧化硅杂质的铜基石墨烯导体和金属导体绞合而成，具有高导电率。
附图说明
[0034]图1是对比实施例中普通CVD工艺铜箔上生长的石墨烯的SEM图；
[0035]图2是对比实施例中普通CVD工艺铜箔上生长的石墨烯的EDS图；
[0036]图3是本专利技术的“三明治”式三层堆叠结构的示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1：对铜材进行表面清洗、干燥处理；步骤S2：依次将耐高温基片、步骤S1得到的铜材、耐高温基片堆叠放置，形成一种基片
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铜材
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基片的三层堆叠结构；步骤S3：将步骤S2得到的三层堆叠结构进行退火处理；步骤S4：将步骤S3退火处理后的三层堆叠结构采用化学气相沉积法生长石墨烯层，在铜材的表面生长石墨烯层，得到铜基石墨烯。2.根据权利要求1所述的铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述表面清洗处理为先用丙酮、稀盐酸对铜材表面清洗，再分别用乙醇、去离子水多遍清洗铜材；所述干燥处理在氮气氛围下进行。3.根据权利要求1所述的铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：所述铜材包括铜粉、铜箔或铜丝中的一种。4.根据权利要求1所述的铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：所述耐高温基片为石墨片或氧化铝片。5.根据权利要求1所述的铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的退火处理包括如下步骤：步骤S31：将步骤S2得到的三层堆叠结构放入载具中，再将放有三层堆叠结构的载具置于石英管内；步骤S32：将石英管内抽真空至1Pa后，通入氩气反复清洗石英管道；步骤S33：以流量为100～300sccm持续向石英管通入氢气，以10～50℃/min的速率加热至1000～1050℃，退火0.5～3h。6.根据权利要求5所述的铜基石墨烯的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的化学气相沉积法包括如下步骤：步骤S41：以流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑜，张文卿，沈晗睿，杨军，付金良，
申请(专利权)人：浙江正泰电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：