石墨烯铜

丁雨田

当前石墨烯铜复合材料导电性能的顶尖数据及国内外研究现状的综合对比分析：

一、导电率最高数据对比

1. **国内最高水平**

- **正泰集团**：采用CVD法制备的石墨烯铜复合材料，经测试导电率达 **109.6% IACS**（国际退火铜标准），超出纯铜标准9.6%，是目前公开报道的全球最高值。

- **南方电网**：通过连续挤压技术制备的铜基石墨烯复合材料，导电率范围为 **104.37%~109.68% IACS**。

- **中国电力科学研究院**：其专利技术制备的材料导电率 **≥102% IACS**，同时抗拉强度≥180MPa。

2. **国际最高水平**

- **美国PNNL国家实验室**：采用剪切辅助加工技术（ShAPE）制备的铜-石墨烯复合材料（添加18ppm石墨烯），虽未直接提及IACS值，但实现了 **电阻温度系数降低11%**，且室温电导率未损失。其核心突破在于高温下的电导稳定性，而非绝对导电率提升。

二、国内外技术路线与核心突破对比

**国内研究特点**

- **制备技术创新**：

- **原位合成与混合工艺**（中国电力科学院）：通过铜粉原位碳化生成石墨烯，再与铜粉混合热压烧结，兼顾高导电率与强度。

- **连续挤压剥离技术**（南方电网）：将石墨/石墨烯与铜复合后挤压，利用剪切力剥离石墨烯并均匀分散，实现高导电率。

- **CVD气相沉积**（正泰集团）：直接生长石墨烯-铜界面，减少缺陷，达成109.6% IACS的超高导电率。

- **高温性能优化**：

中南大学团队开发镀银石墨烯增强铜基线材，在150℃高温下导电率仍 **>70% IACS**，适用于电机高温环境。

**国际研究特点**

- **ShAPE剪切加工技术**（美国PNNL）：

通过塑性变形同步分散石墨烯，核心突破在于 **显著降低电阻温度系数（TCR）**，使材料在高温下保持导电稳定性，适用于电动汽车电机（效率提升1%）。

- **基础机制研究**：

发现石墨烯在铜晶格中沿{111}晶面富集碳纳米区，优化电子传输路径，颠覆了“添加物必降导电性”的传统认知。

三、研究现状对比总结（关键指标）

下表为国内外主要研究机构在石墨烯铜复合材料方面的成果对比：

| **研究机构** | **导电率/性能** | **技术特点** | **优势应用领域** |

|---------------------|------------------------|-----------------------------|-------------------------|

| **正泰集团** | 109.6% IACS | CVD法直接生长 | 充电枪、变压器触点 |

| **南方电网** | 104.37~109.68% IACS | 连续挤压剥离技术 | 电力电缆 |

| **中国电科院** | ≥102% IACS | 原位碳化+热压烧结 | 电力传输设备 |

| **中南大学** | >70% IACS (150℃) | 石墨烯镀银工艺 | 高温电机绕组 |

| **美国PNNL** | TCR降低11% | ShAPE剪切加工技术 | 高温电机、输电线路 |

> 📊 注：IACS（国际退火铜标准）以100%为标准值，代表纯铜导电率基准。

四、应用前景与挑战

1. **核心应用领域**：

- **电力传输**：正泰与南方电网的材料可降低电网损耗，若全国电网采用，年节电量相当于三峡年发电量。

- **电动汽车**：PNNL与中南大学的成果可提升电机高温效率，解决绕组过热降效问题。

- **电子器件**：高导电复合材料适用于芯片触点、散热基板等微型化场景。

2. **技术挑战**：

- **规模化成本**：CVD法设备昂贵（如正泰技术），需开发低成本工艺（如南方电网的挤压法）。

- **分散均匀性**：石墨烯易团聚，影响性能一致性（中国科学院通过鼓泡CVD技术优化分散）。

- **长期稳定性**：石墨烯-铜界面在循环应力下的可靠性仍需验证。

结论

- **导电率巅峰**：**109.6% IACS**（正泰集团）代表当前全球最高水平。

- **技术路线差异**：**国内**以提升绝对导电率为核心，聚焦电力与能源领域规模化应用；**国际**（如美国PNNL）侧重高温电导稳定性，解决温度敏感场景需求。

- **未来突破点**：需结合界面调控（如镀银石墨烯）与低成本制备工艺，同时兼顾强度、耐腐蚀等综合性能，以推动产业化落地。