科创中国
超高导电石墨烯/铜基复合材料
发布时间: 2025-03-27
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
新技术
行业领域：
新能源及节能技术
成果介绍
电力、电子、电气、通讯等领域对高性能导体材料迫切需求，电导率提升具有显著的技术价值和经济社会意义。传统提高电导率的方法主要是通过减少杂质或缺陷等电子散射中心，但存在电导率逼近物理极限、成本呈指数上升等问题。石墨烯与金属良导体在电子浓度和载流子迁移率方面互补性强，使其成为提高金属电导率的理想增强体。本成果提出界面逐级精准调控方法，创制出电导率显著高于铜、银的超高导电石墨烯/铜复合材料，其电导率较国际退火铜标准提高17%IACS（International Annealed Copper Standard），并获得了导电能力高出铜基体3个数量级的超高导电复合界面。进一步突破了石墨烯/铜复合导线的加工技术，为工程应用奠定了重要基础。在此基础上，提出了范德华界面诱导塑性形变加工技术，在粉末冶金材料和复合材料中实现了超高室温延展性（>30,000%），创制出高强度、高导电、高热稳定石墨烯/铜纳米复合材料，电导率和强度分别达到85% IACS和825 MPa，突破了高强-高导铜基材料的“双80”的技术瓶颈。本成果所研制的超高导电石墨烯/铜复合材料展现出重要的应用前景。
成果亮点
在超高导电石墨烯/铜基复合材料的界面与形变调控、构型设计与复合制备等关键科学技术方面，取得了以下主要创新点：
1）建立了超高导电石墨烯/铜复合材料和界面的复合方法。针对复合界面结合强度与界面电子转移对界面理化特征要求不统一的复合难点，提出了界面逐级精准调控思路，在复合基元中控制界面结合，在成型过程中控制界面电子转移效率，实现了石墨烯与铜良好的界面结合以及电子浓度和迁移率高效互补，获得了电导率显著高于银、铜的超高导电石墨烯/铜复合材料。
2）建立了超高导电石墨烯/铜复合导线形变加工方法，为工程应用奠定了基础。提出基于界面应力精准调控，突破了金属材料形变导致电导率衰减的技术瓶颈，建立了超高导电石墨烯/铜复合导线的加工技术原型，并突破了不同线径规格导线的连续制备。
3）提出了范德华界面诱导塑性形变加工技术，在粉末冶金材料和复合材料中实现了超高室温延展性（>30,000%），创制出高强度、高导电、高热稳定石墨烯/铜纳米复合材料，突破了高强度高导电铜基导体材料“双80”（电导率80% IACS和强度800 MPa）的性能瓶颈。
团队介绍
团队依托于上海交通大学材料科学与工程学院和金属基复合材料国家重点实验室，由金属基复合材料国家重点实验主任、中国科学院院士张荻教授为学术带头人，共有院士、国家级领军/青年人才在内的教师10余人，均具有博士学位和海外留学经历。团队年龄结构合理，形成了一支以学术带头人为中心，中青年学术骨干为主，材料制备、力学、化学和理论计算多学科背景交叉的合理研究梯队。团队在高性能金属基复合材料领域有近三十年的积累，经过持续不断努力，已经应用于我国航天、国防领域多个型号，并获国家自然科学二等奖。近年来，团队持续创新、开拓纳米碳增强金属基复合材料的前瞻性研究和平台建设。在国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划、973计划、以及自然科学基金重点项目等支持下，团队在该前沿方向实现了从学术思想提出、技术原型建立、规模化制备与加工，以及应用验证的全链条创新研究。
成果资料
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