【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于材料制備，具體涉及石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法和導線。
技術介紹
1、金屬銅，鋁和銀等因其優異的導電性、導熱性、耐腐蝕性和可塑性等，被廣泛應用于電力行業和半導體電子行業，以及建筑和交通運輸等行業。然而，雖然銅的電阻率相對較低（只比銀高6%），鋁的導電性僅次于銀銅和金，但是銅和鋁的固有電阻率和強度難以滿足現代工業技術的應用需求：一方面是銅的固有電阻率會產生大量的電阻熱，導線的電阻率越大，電阻就越大，所產生的電阻熱就越大。電阻熱不僅造成大量電力浪費，為了彌補必須多發被導線電阻熱消耗掉的電量，因而導致多排放大量的二氧化碳等氣體，嚴重污染環境，并且由于大量電阻熱會導致導線溫度的顯著提高，乃至燒斷導線，嚴重影響電網供電系統和各種電器的安全可靠性性。另一方面是純銅和純鋁的機械強度較低，無法滿足一些大功率應用的需求，因而如何提高銅和鋁的導電性和強度是非常重要的。然而目前銅和鋁的力學強度的提高和其導電性能的提高是相互矛盾的，即提高強度時往往導致導電性的降低，二者很難得到同時提升。
2、目前，提高金屬銅的力學性能和電學性能的方法主要包含以下幾種：1、通過制備無氧銅或單晶銅的方式提高銅的純度，進而降低電子的散射以提高其導電性；但是制得銅的導電率只能比退火銅提高8%左右，已接近物理上限，且伴隨著力學性的下降。2、通過合金化的方式提高銅材料的力學性能，但是合金元素固溶到銅基體中會增大電子的散射，因而導致導電性能的下降，即存在強-導倒掛的關系。3、通過添加碳納米材料（納米碳管或石墨烯等）作為增強體來制備銅基和鋁基復合材料，
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是：提供石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法和導線，以解決不能同時提高復合材料的力學和電學熱學性能的技術問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案是：提供一種石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、將石墨烯粉末分散于有機溶劑中，隨后在100-600w的功率下超聲10-30min，然后清洗，干燥，將干燥物置于酸液中氧化30-60min，清洗，干燥，最后將干燥物利用物理氣相沉積金屬或電化學沉積金屬進行改性，得到改性石墨烯粉末；
4、s2、將改性石墨烯粉末與金屬粉末混合，混合粉末中改性石墨烯粉末的含量為0.1-30wt%，然后將混合粉末置于100-300rpm的轉速下球磨1-3h，得到預制復合粉末；
5、s3、將預制復合粉末通過連續粉末冶金燒結、連續粉末擠壓、放電等離子燒結或高溫滾壓成型，得到石墨烯增強金屬基復合材料。
6、在上述技術方案的基礎上，本專利技術還可以做如下改進：
7、進一步，有機溶劑為dmf或乙醇。
8、進一步，干燥的溫度為90-250℃，干燥的時間為1-3h。
9、進一步，酸液為濃度為1-20wt%的硝酸溶液。
10、進一步，s2中所用金屬粉末為銅、鋁、銀中的任意一種或多種。
11、本專利技術還公開了采用上述制備方法制得的石墨烯增強金屬基復合材料。
12、本專利技術還公開了包含石墨烯增強金屬基復合材料的導線。
13、本專利技術的有益效果為：
14、1、石墨烯相互之間的直接接觸是影響石墨烯固有性能發揮的關鍵因素，而石墨烯之間的團聚是導致相互之間直接接觸的根源。由于石墨烯的納米尺寸導致相互之間的靜電力、范德華力占有統治地位，導致石墨烯易于相互團聚并難以分散。本專利技術通過物理沉積和電化學沉積納米金屬將石墨烯包裹，如圖2所示，石墨烯表面附著的金屬顆粒避免了石墨烯相互之間的直接接觸，使得石墨烯顆粒相互之間永久性隔離而不團聚，并根據需要通過適當的的混合方式實現改性石墨烯在銅粉和鋁粉中的均勻分散的制備方法；除此之外，本專利技術方法是在完整的石墨烯表面進行包裹修飾改性，不會破壞石墨烯結構的完整性和固有的性能。
15、2、本專利技術克服了金屬與石墨烯潤濕性差的問題，實現對石墨烯的摻雜，從而使得自由電子容易從金屬（銅、鋁等）基體傳輸到石墨烯上，發揮石墨烯超長平均自由程的優點，顯著提高銅的導電性（金屬的導電性與自由電子密度和平均自由程成正比，在界面處，既具有金屬（銅和鋁）的高自由電子密度，也具備石墨烯的超長平均自由程）；另外，連續粉末冶金和連續擠壓等高溫高壓制備方法在界面處與金屬（銅和鋁）基體形成緊密的結合，成為應力傳遞和電子傳遞介質，實現強度和導電性能的共同提升。
16、3、高溫高壓粉末冶金的特點是高壓下粉末顆粒之間的實現緊密接觸，在高溫下能有效促進粉末顆粒之間的局部熔化和再結晶，因而有效解決了復合材料的成型和致密性的問題，有利于提高石墨烯與銅基體之間的結合和致密度，因而有助于復合材料力學性能的綜合提升。同時，石墨烯與金屬基體（銅和鋁等）之間的交互傳遞電子數量會隨著兩者的距離的減小而增加，高壓能有效減小二者界面間的距離，高溫燒結將保持高壓下界面間的緊密結合，從而有效利用金屬（銅和鋁等）的自由電子密度高和石墨烯的平均自由程大的綜合特點，兼顧緊密界面結合和良好電子傳輸綜合特性，實現同時提高導電性和強度的目的。
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1.一種石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為DMF或乙醇。
3.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為90-250℃，干燥的時間為1-3h。
4.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述酸液為濃度為1-20wt%的硝酸溶液。
5.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述S2中所用金屬粉末為銅、鋁、銀中的任意一種或多種。
6.一種石墨烯增強金屬基復合材料，其特征在于，采用權利要求1-5任一項所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法制得。
7.一種導線，其特征在于，包括權利要求6所述的石墨烯增強金屬基復合材料。
【技術特征摘要】
1.一種石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述有機溶劑為dmf或乙醇。
3.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于，所述干燥的溫度為90-250℃，干燥的時間為1-3h。
4.根據權利要求1所述的石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳全芳，
申請(專利權)人：超高導科技成都有限公司，
類型：發明
國別省市：
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