本發(fā)明屬于復(fù)合材料，尤其涉及一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料，以及制備方法、以及相關(guān)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、銅及其合金因具有良好的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性而廣泛應(yīng)用于電子、電氣和其他工業(yè)領(lǐng)域。然而，銅材料在某些惡劣環(huán)境下容易發(fā)生腐蝕，影響其性能和使用壽命。此外，傳統(tǒng)的銅材料在高密度電流傳輸過(guò)程中存在局限性，限制了其在高性能電子設(shè)備中的應(yīng)用。
2、石墨烯作為一種新型二維納米材料，因其獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能而受到廣泛關(guān)注。石墨烯的引入被認(rèn)為是提高銅基復(fù)合材料性能的有效途徑。然而，如何在銅基體中實(shí)現(xiàn)石墨烯的均勻分散和高效增強(qiáng)，仍是當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中銅材料耐腐蝕性和導(dǎo)電性能提升的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
4、a)采用機(jī)械壓實(shí)方法將微米級(jí)銅顆粒壓制成預(yù)定形狀的圓盤；
5、b)在9c下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在銅基體晶界處引入石墨烯，形成三維互聯(lián)石墨烯網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步優(yōu)選于990°c。
6、進(jìn)一步地，所述微米級(jí)銅顆粒的粒徑范圍為10-25μm，進(jìn)一步優(yōu)選于14-25μm，以確保在cvd過(guò)程中石墨烯能夠均勻生長(zhǎng)并形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
7、進(jìn)一步地，在所述cvd過(guò)程中，采用烷烴類氣體，例如甲烷作為碳源，在銅圓盤表面和內(nèi)部沉積石墨烯。通過(guò)調(diào)節(jié)cvd過(guò)程中的溫度、時(shí)間和氣體流速，控制石墨烯的層數(shù)和質(zhì)量，以達(dá)到最佳的復(fù)合材料性能。
8、本發(fā)明還提供了一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料，其具有優(yōu)異耐電化學(xué)腐蝕性和導(dǎo)電性，該復(fù)合材料由上述任一制備方法制得。
9、得到的復(fù)合材料的導(dǎo)電率（ec）高達(dá)35msm?1，最高接近于39.0msm-1，比傳統(tǒng)的粉末冶金法（pmcu）制備的純銅導(dǎo)電率高出約12%。這一顯著提高的導(dǎo)電性能，主要?dú)w因于復(fù)合材料晶界處形成的三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)（3dign）的電子攜帶能力。
10、本發(fā)明還提供了一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的應(yīng)用，包括但不限于用于電氣設(shè)備的導(dǎo)電部件中，例如電纜、電路板、連接器和開關(guān)。
11、此外，三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料在3.5wt%的nacl溶液中進(jìn)行電位極化實(shí)驗(yàn)時(shí)，其腐蝕電流密度和腐蝕速率比pm銅分別降低了29%和40%。這一顯著的耐腐蝕性能提升，主要是由于石墨烯對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)的不滲透性，以及晶界處相互連接的石墨鍵能有效阻礙cu+離子和h/o2-在cu電解質(zhì)界面上的自由流動(dòng)。
12、對(duì)pmcu和三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料進(jìn)行氫輔助腐蝕（hac）實(shí)驗(yàn)，三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的重量損失約為pmcu的三分之一。這一結(jié)果進(jìn)一步證明了三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料中的三維互連石墨烯網(wǎng)絡(luò)能有效阻擋原子氫的滲透，從而顯著降低了hac。
13、本發(fā)明提供的三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和耐腐蝕性，而且在高性能電子設(shè)備、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和高效散熱材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)簡(jiǎn)單有效的兩步工藝技術(shù)，本發(fā)明能夠在銅基體中均勻分布三維互連的石墨烯網(wǎng)絡(luò)，顯著提升了銅復(fù)合材料的整體性能。
14、此外，通過(guò)四點(diǎn)探針接觸法（fppc）對(duì)三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的導(dǎo)電率進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果顯示其導(dǎo)電率顯著高于傳統(tǒng)的pmcu材料。
15、本發(fā)明的三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料還展現(xiàn)出了優(yōu)異的機(jī)械性能，包括高的屈服強(qiáng)度和良好的延展性。
16、本發(fā)明的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于采用化學(xué)氣相沉積（cvd）技術(shù)在銅基體中引入三維互聯(lián)石墨烯網(wǎng)絡(luò)。與傳統(tǒng)的物理混合或機(jī)械分散方法相比，cvd技術(shù)能夠在原子級(jí)別上實(shí)現(xiàn)石墨烯的均勻分布和緊密結(jié)合，從而有效避免了石墨烯的團(tuán)聚現(xiàn)象，并確保了復(fù)合材料性能的最大化。
17、此外，本發(fā)明通過(guò)精確控制cvd過(guò)程中的參數(shù)（如溫度、時(shí)間、氣體流速等），實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯層數(shù)和質(zhì)量的精細(xì)調(diào)控。
18、本發(fā)明的三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料還具有良好的加工性能，可以通過(guò)常規(guī)的金屬加工技術(shù)（如切割、成型、焊接等）進(jìn)行加工成不同形狀和尺寸的零部件，以滿足特定應(yīng)用的需求。
19、在實(shí)際應(yīng)用中，三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的制備方法和性能優(yōu)化還可以根據(jù)特定需求進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)cvd過(guò)程中的參數(shù)（如溫度、氣體流量、時(shí)間等），可以精確控制石墨烯的層數(shù)和分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料性能的定制化調(diào)整。此外，還可以通過(guò)引入其他功能性納米材料（如金屬納米顆粒、碳納米管等）來(lái)進(jìn)一步提升復(fù)合材料的性能，拓展其應(yīng)用范圍。
20、得到的三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料還具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠在各種惡劣環(huán)境下保持優(yōu)異的性能，這為其在航空航天、深海探測(cè)、極端環(huán)境下的電子設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。
1.一種三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述微米級(jí)銅顆粒的粒徑為10-25μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述機(jī)械壓實(shí)步驟在100-150兆帕的壓力下進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于在進(jìn)行化學(xué)氣相沉積時(shí)引入烷烴類氣體。
5.一種具有優(yōu)異耐電化學(xué)腐蝕性和導(dǎo)電性的三維互聯(lián)石墨烯增強(qiáng)銅復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料由權(quán)利要求1-4任一所述的制備方法制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料，其特征在于，當(dāng)碳含量低于100ppm時(shí)，該復(fù)合材料的導(dǎo)電率為高于35msm?1。
7.一種使用權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料的應(yīng)用，該復(fù)合材料用于電氣設(shè)備的導(dǎo)電部件中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電氣設(shè)備包括但不限于電纜、電路板、連接器和開關(guān)。