石墨烯表面包覆的高導電銅線及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種石墨烯表面包覆的高導電銅線及其制備方法，包括：取石墨烯量子點溶液；取銅線；將所述銅線置于所述石墨烯量子點溶液的蒸汽當中，使石墨烯量子點蒸鍍到銅線上；和在保護氣氛中將表面蒸鍍有石墨烯量子點的銅線退火處理，得到石墨烯表面包覆的高導電銅線。本發明專利技術減少了能源浪費，使產業化有可能。使產業化有可能。使產業化有可能。

【技術實現步驟摘要】
石墨烯表面包覆的高導電銅線及其制備方法


[0001]本專利技術涉及一種高導電銅線，更具體地，涉及石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法。

技術介紹

[0002]石墨烯在常溫下的載流子遷移率可以達到15000m2/(Vs)，其導電性比常規的所有金屬都好。因此，用石墨烯與金屬(尤其是銅、鋁)復合，以提高金屬的導電性是學術界和工業界一直以來的目標。
[0003]據國家統計局統計，我國年消費總額約7.15萬億度，而其中輸配電損失高達3351.7億度。在節能減排的發展戰略下，避免電損耗的主要策略就是采用電導更高的導電材料。銅線在發電、輸電、用電領域都有非常廣泛的應用。2018年度我國銅加工材年產量達1781萬噸，其中銅線材的產量占比最大，為44.6％。既然銅是目前最主要的導電材料，如何較低成本地提升銅的導電能力是行業一直關注的問題。
[0004]一般將石墨烯和銅結合的方式有兩種。一種是將石墨烯粉體和銅混合加工，石墨烯在銅的內部均勻分布。例如，在專利CN202110851980.6中，楊鎮宇提出了一種石墨烯銅線及其制備方法，將少層氧化石墨烯粉和無氧銅粉混合后低溫熱壓燒結，再添加輔助材料進行真空熔煉后得到體積含量為99.99％以上的石墨烯銅合金，再退火得到石墨烯銅線。其導熱系可達500～600W/m
·
K，體積電阻率降低5～20％。另一種是在高純銅箔上生長石墨烯，石墨烯主要分布在銅表面。例如，在Adv.Funct.Mater.2019,29,1806792論文中，上海交通大學的張荻團隊通過用化學氣相沉積(CVD)的方式得到石墨烯銅箔，熱壓成錠之后得到了電導率最高117％IACS的石墨烯銅產品。
[0005]這兩種方式都需要接近1000度的高溫。前者使用氧化石墨烯，熔煉中分散非常難；工藝復雜，使用的銅線原料在加工過程中線徑變化很大(從8或2.6mm變成0.015～0.6mm)。后者采用高真空條件，使用甲烷為碳源，而且只能使用銅箔作為原料，即產品只能為片狀銅產品。二者的產業化難度都比較大。

技術實現思路

[0006]鑒于上述問題，本專利技術提供一種石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法，包括：
[0007]取石墨烯量子點溶液；
[0008]取銅線；
[0009]在銅線表面設置石墨烯量子點；和
[0010]在保護氣氛中將表面設置有石墨烯量子點的銅線退火處理，得到石墨烯表面包覆的高導電銅線。
[0011]根據本專利技術的一個方面，所述石墨烯量子點溶液的濃度為0.001～1wt％。石墨烯量子點溶液濃度太高時，會浪費量子點，且量子點不容易做到高濃度；濃度太低，石墨烯量子點在銅線上的覆蓋不足。本專利技術在實踐中發現，石墨烯量子點溶液的濃度為0.001～
1wt％可滿足本專利技術之目的，同時，在研究中發現石墨烯量子點溶液的濃度為0.01～0.1wt％時在銅線表面蒸鍍上的石墨烯量子點與銅線結合的更加緊密，在退火處理后表面組裝的石墨烯排列更加有序，形成密度高的石墨烯包覆層。作為最佳方案，所述石墨烯量子點溶液的濃度為0.05wt％。
[0012]優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為與水混溶且沸點大于90℃；
[0013]優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為介電常數在30～50的有機溶劑或介電常數在30～50的有機無機混合溶劑，反應溫度在120～180℃，意味著沸點太低時壓力會過大，不容易實現，而且低沸點的溶劑主要就是醇類，不是石墨烯量子點的良溶劑，因此本專利技術采用介電常數在30～50的有機溶劑。
[0014]優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑選自水、DMF或NMP中的一種或兩種以上的混合溶劑；進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF的混合物。進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF按質量比(1～10):1的混合物。進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF按質量比4:1的混合物。
[0015]DMF是溶解石墨烯量子點的良溶劑，與水混溶且沸點不太高，能增大石墨烯量子點在蒸汽中的濃度，有益于石墨烯量子點在銅線上的沉積。雖然經過深入的分析和反復的研究，發現采用在采用溶劑為水和DMF的混合物作為石墨烯量子點的溶劑可較好地實現石墨烯量子點在銅線上的沉積，有助于石墨烯量子點與銅線表面的粘合。但是，石墨烯量子點作為銅線包覆材料的應用中，由于銅線較細，在實際生產中銅線錯亂的團結在一起，往往使石墨烯量子點沉積的不夠均勻，因此，為了使量子點均勻、致密地沉積在銅線的表面，本申請人最終找到了作為溶劑的水和DMF的比例關系是解決這一問題的關鍵。當石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF按質量比(1～10):1的混合物時，錯亂交織的銅線的表面沉積的石墨烯量子點是均勻的，當水和DMF按質量比為4:1時，效果最佳。
[0016]根據本專利技術的一個方面，所述銅線的線徑為0.015～1mm；優選為0.02～0.5mm。銅線在500μm以下時，石墨烯涂層處理后的銅線導電率提升明顯；大于500μm，石墨烯涂層處理后的銅線導電率提升不明顯。優選地，所述銅線的純度在99.9％以上。
[0017]根據本專利技術的一個方面，所述在銅線表面設置石墨烯量子點的執行方法采用蒸鍍和煮的方式；
[0018]所述蒸鍍方式為：將所述銅線置于所述石墨烯量子點溶液的蒸汽當中，使石墨烯量子點蒸鍍到銅線上；
[0019]所述煮的方式為：將所述銅線置于所述石墨烯量子點溶液中，使石墨烯量子點附著于銅線上。
[0020]優選地，所述蒸鍍或煮的方式中，所述蒸鍍通過將所述石墨烯量子點溶液加熱至120～180℃后保持1～6h；；優選地，加熱至140℃后保持2h；在宏觀上，由于石墨烯量子點沉積在銅線上面，銅線變黑；在微觀上，銅表面會有碳的涂層。在銅線表面設置石墨烯量子點的執行方法在本專利技術中有兩種，即蒸鍍和煮，兩種方法均可達到將石墨烯量子點沉積在銅線上的目的，但采用蒸鍍的方式得到的銅線表面沉積的石墨烯量子點分布更加均勻。
[0021]優選地，所述加熱通過如下方法實現：
[0022]采用水熱釜作為反應容器，將水熱釜置于烘箱中加熱。這樣有利于高溫高壓反應，尤其是最高壓力超過10個大氣壓的高溫高壓反應。
[0023]根據本專利技術的一個方面，完成蒸鍍后自然冷卻，取出銅線，洗凈后自然干燥。
[0024]根據本專利技術的一個方面，所述保護氣氛為氮氣和氫氣的混合氣體或者氬氣和氫氣的混合氣體；優選地，按體積百分比計，氫氣的比例為1～10％，進一步，優選地，所述保護氣氛為95％的氮氣或氬氣和5％的氫氣。
[0025]根據本專利技術的一個方面，所述退火處理采用在保護氣氛下將表面蒸鍍有石墨烯量子點的銅線加熱到300～900℃并保持30～300min后，冷卻，即可，在加熱條件下讓蒸鍍在銅線上的石墨烯(在銅線表面應該是多層的)量子點進一步反應，相互連接，宏觀上看起來顏色會變得更黑；優選地，加熱溫度至400℃并保持60～600min。本專利技術只需要300～900℃的退火溫度即可實現石墨烯量子點在銅本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法，其特征在于，包括：取石墨烯量子點溶液；取銅線；在銅線表面設置石墨烯量子點；和在保護氣氛中將表面設置有石墨烯量子點的銅線退火處理，得到石墨烯表面包覆的高導電銅線。2.根據權利要求1所述的石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法，其特征在于，所述石墨烯量子點溶液的濃度為0.001～1wt％，優選為0.01～0.1wt％，進一步優選為0.05wt％；優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為與水混溶且沸點大于90℃；優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為介電常數在30～50的有機溶劑或介電常數在30～50的有機無機混合溶劑；優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑選自水、DMF或NMP中的一種或兩種以上的混合溶劑；進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF的混合物；進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF按質量比(1～10):1的混合物；進一步優選地，所述石墨烯量子點溶液的溶劑為水和DMF按質量比4:1的混合物。3.根據權利要求1所述的石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法，其特征在于，所述銅線的線徑為0.015～1mm；優選0.02～0.5mm；優選地，所述銅線的純度在99.9％以上。4.根據權利要求1所述的石墨烯表面包覆的高導電銅線的制備方法，其特征在于，所述在銅線表面設置石墨烯量子點的執行方法采用蒸鍍和煮的方式；優選地，所述蒸鍍方式為：將所述銅線置于所述石墨烯量子點溶液的蒸汽當中，使石...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬宇飛，吳瓊，宋士杰，
申請(專利權)人：蘇州盛光材料有限公司，
類型：發明
國別省市：