【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，具体涉及一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、铜(cu)因其具有较高的导电导热性、较好的化学稳定性、比较成熟的制造工艺、相对丰富的自然储量和可回收性等特性，被广泛用于航空、机械、冶金等与电气和电子相关的行业。然而，传统的纯铜导线已无法满足现代国家电力的需要，因为铜基导体本身固有的电阻性发热(焦耳热)是一个很大的问题，不仅浪费了大量的电力(20％-30％)，而且还严格限制了电器件的功率输出并影响电力系统整体的安全可靠性。研究人员试图通过制备铜基复合材料来提高纯铜的导电率和强度，从而解决该问题，然而与其他金属复合形成的合金材料虽然在强度上得到了提高，但是在导电性上相比纯铜却大都降低了。
2、在众多碳材料中，纳米薄的石墨烯(gr)引起了广泛的关注。作为一种二维的原子晶体，石墨烯的六边形蜂巢结构是由sp2碳原子紧密排列形成的，这使得石墨烯呈现出一些特殊的特性。在室温下，石墨烯具有独特的电荷载体传输特性，其电子迁移率可高达15000cm2v-1s-1，并且基本不受温度的影响，而载流子运行速度最高可以达到光速的1/300；同时，石墨烯具有优秀的机械性能，其抗拉强度可达130gpa，弹性模量约为1tpa。这些优异的特性使得石墨烯具有广泛的技术应用潜力，并被认为是一种理想的纳米增强材料，有望显著提高铜基体的强度和导电性。到目前为止，人们已经尝试了粉末冶金、分子级混合法、电沉积法、原位生长法和累积叠轧焊法等许多不同的方法来制造cu/gr复合材料，石墨烯的添加量也从0.1vol
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料及其制备方法和应用，以解决cu/gr复合材料导电率低的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1：铜基体的预处理：将铜箔按顺序依次在丙酮、15-20wt％的盐酸和无水乙醇中清洗10-15min，随后电化学抛光，经清洗-干燥后，得到预处理铜基体；电化学抛光中所用抛光液由聚乙二醇和85％的磷酸按1：2-4的体积比混合而成，抛光电压为2-4.5v，抛光时间为10-20min；
4、抛光电压过低或抛光时间过短会导致铜箔表面的台阶痕无法有效去除，导致铜箔与石墨烯层间界面结合效果不佳，最终影响石墨烯与铜基体相互之间的电子传输效率；抛光电压过高或抛光时间过长会使得铜箔抛光过度，表面会出现腐蚀坑，同样会导致铜箔与石墨烯层间界面结合效果不佳；
5、s2：生长石墨烯层；
6、s201：预处理铜基体退火：在压强为1-2pa的真空状态下向反应装置中通入h2和ar，然后将预处理铜基体置于反应装置中退火；反应装置为cvd管式炉，退火温度为900-1100℃，退火压强为10-300pa，退火时间为20-40min；
7、s202：生长石墨烯层：调整h2和ar的气体流量，随后向反应装置中通入气体流量为10-20sccm的ch4，在压强为10-200pa和温度为900-1100℃的条件下反应10-20min；然后关闭h2和ch4，调整ar的气体流量，随后自然冷却至室温，得到石墨烯-铜基复合材料；
8、通入的ch4过少或者生长时间过短则无法形核生长出石墨烯；ch4过多或者生长时间过长，则易生成多层石墨烯，所产生的界面效应不利于电子的传输，会降低石墨烯-铜基薄膜复合材料的导电性；
9、s3：溅射纳米铜薄膜：将石墨烯-铜基复合材料置于磁控溅射仪的样品台，石墨烯层朝上，设定石墨烯-铜基复合材料和铜靶材间的距离为8-12cm，溅射功率为160-240w，工作压强为0.5-1.5pa，于室温下预放电30-40s后沉积5-15min，即得石墨烯-铜基薄膜复合材料。
10、功率过小、时间过短或压强过低会导致镀层松散，界面结合力过弱；功率过大、时间过长或压强过大则会使镀层过厚，占据主导，甚至表面产生裂纹，这两种都不利于复合材料中电子的传导。
11、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
12、进一步，铜箔的尺寸规格为60-70mm×40-50mm×25-50μm。
13、进一步，清洗所用清洗液为去离子水或无水乙醇，清洗时间为10-20min；干燥处理为使用氮气或氩气吹干。
14、进一步，退火温度为1035℃，退火压强为200pa，退火时间为30min。
15、采用上述进一步技术方案的有益效果为：退火温度过低或者时间过短会使得铜箔晶粒细小不均匀，晶界较多，不利于大片石墨烯生长和电子的传输；退火时间或者温度过高会导致成本过高，不利于批量生产。
16、进一步，步骤s201之前还包括先向反应装置中通入2-5min气体流量为50-70sccm的ar，然后通入2-5min气体流量为50-70sccm的h2和ar。
17、进一步，步骤s201中h2的气体流量为50-70sccm，ar的气体流量为20-50sccm。
18、进一步，步骤s202中反应时h2和ar的气体流量为15-25sccm，冷却时ar的气体流量为500-600sccm。
19、本专利技术还公开了一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法制得的石墨烯-铜基薄膜复合材料。
20、进一步，石墨烯-铜基薄膜复合材料由下往上依次为：铜基、石墨烯层和纳米铜薄膜；石墨烯层的厚度为0.34-1.5nm，纳米铜薄膜的厚度为1-400nm。
21、本专利技术还公开了石墨烯-铜基薄膜复合材料在电气领域中的应用。
22、本专利技术具有以下有益效果：
23、(1)本专利技术通过cvd法在铜箔上原位制备高质量、均匀的单层石墨烯，保证了石墨烯的完整性和与铜箔基底之间良好的结合；
24、(2)本专利技术利用直流磁控溅射技术，在真空条件下进行，保证了复合材料的纯净度，通过铜纳米层(cunf)修饰石墨烯，高能量轰击溅射增强石墨烯与铜之间的界面结合作用，再利用致密的镀层增强石墨烯与铜的界面结合作用和电子传输能力，从而提高复合材料的导电性；
25、(3)本专利技术制备工艺简便、能耗低，制得的石墨烯-铜基薄膜复合材料综合性能优良，可广泛应用在国家输电系统、集成电路等方向，具有重要的经济效应。
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1.一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述铜箔的尺寸规格为60-70mm×40-50mm×25-50μm。
3.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述清洗所用清洗液为去离子水或无水乙醇，清洗时间为10-20min；所述干燥处理为使用氮气或氩气吹干。
4.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述退火温度为1035℃，退火压强为200Pa，退火时间为30min。
5.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S201之前还包括先向反应装置中通入2-5min气体流量为50-70sccm的Ar，然后通入2-5min气体流量为50-70sccm的H2和Ar。
6.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S201中H2的气体流量为50-
7.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S202中反应时H2和Ar的气体流量为15-25sccm，冷却时Ar的气体流量为500-600sccm。
8.权利要求1-7任一项所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法制得的石墨烯-铜基薄膜复合材料。
9.根据权利要求8所述的石墨烯-铜基薄膜复合材料，其特征在于，所述石墨烯-铜基薄膜复合材料由下往上依次为：预处理铜基体、石墨烯层和纳米铜薄膜；所述石墨烯层的厚度为0.34-1.5nm，所述纳米铜薄膜的厚度为1-400nm。
10.权利要求8或9所述的石墨烯-铜基薄膜复合材料在电气领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述铜箔的尺寸规格为60-70mm×40-50mm×25-50μm。
3.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述清洗所用清洗液为去离子水或无水乙醇，清洗时间为10-20min；所述干燥处理为使用氮气或氩气吹干。
4.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述退火温度为1035℃，退火压强为200pa，退火时间为30min。
5.根据权利要求1所述的高导电性的石墨烯-铜基薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s201之前还包括先向反应装置中通入2-5min气体流量为50-70sccm的ar，然后通入2-5min气体流量为50-70sccm的...
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