本申請(qǐng)涉及銅加工和制造，尤其涉及一種超導(dǎo)銅件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、銅具有良好的延展性、導(dǎo)電性以及低廉的成本等優(yōu)點(diǎn)，被電力、機(jī)械制造、建筑等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

2、隨著新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)大電流下的導(dǎo)體電阻和工作壽命提出了更高的要求。銅和銀是電力電子領(lǐng)域的關(guān)鍵導(dǎo)體材料，其中，銀在自然界中儲(chǔ)量較小，價(jià)格偏高，不適合大規(guī)模應(yīng)用；而銅在自然界的儲(chǔ)存量較大，價(jià)格偏低，但銅容易氧化，且在高溫下電阻較大，在大電流場(chǎng)景下容易被燒蝕。石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕能力強(qiáng)，可以滅除大電流通斷時(shí)的電弧，是非常理想的導(dǎo)體材料。為了降低銅的電阻，通過在銅表面生長石墨烯的方法來實(shí)現(xiàn)銅件與石墨烯的結(jié)合，從而提高銅的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能。

3、現(xiàn)有的銅件表面生長石墨烯的方法中，銅件前處理通常機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光、氫退火等方式，但均易改變銅件形貌，且通常會(huì)忽略銅表面的有機(jī)雜質(zhì)；同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)中采用甲烷、乙炔等氣態(tài)碳源，氣態(tài)碳源需要較高的裂解溫度，一般保持在1000℃以上，接近銅的熔點(diǎn)，容易改變銅件形狀，而低于800溫度下，以甲烷等氣體為碳源的裂解溫度不夠，可能會(huì)影響在銅件上生長得到的石墨烯/銅件的導(dǎo)電性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題中的一個(gè)或者多個(gè)，本申請(qǐng)第一方面提供了一種超導(dǎo)銅件的制備方法，包括：

2、將銅件置于加熱爐中，在常壓下加熱至所述銅件表面氧化，所述銅件的形狀在加熱前后保持一致；

3、將處理后的所述銅件放置于管式爐反應(yīng)腔中，采用化學(xué)氣相沉積法，在所述銅件表面生長石墨烯，得到超導(dǎo)銅件；

4、其中，石墨烯生長所用碳源為固態(tài)碳源。

5、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述固態(tài)碳源為芳香族化合物，所述芳香族化合物包括萘、蒽、菲、苯胺、苯二胺、聯(lián)苯胺、重氮苯、喹啉、鄰菲啰啉中的至少一種。

6、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述固態(tài)碳源可以由液態(tài)碳源轉(zhuǎn)化得到，具體包括：

7、使用固態(tài)載體吸附所述液態(tài)碳源以得到所述固態(tài)碳源，所述液態(tài)碳源在所述固態(tài)碳源中的質(zhì)量百分比為1～10wt％；

8、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述固態(tài)載體包括活性炭、石墨烯中的至少一種，所述液態(tài)碳源包括苯胺、苯、甲苯、二甲苯、吡咯、硝基苯、苯乙腈、聯(lián)吡啶中的至少一種。

9、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述加熱爐具體為烘箱，在所述烘箱上安裝過濾器濾以減少烘箱中雜質(zhì)的含量。

10、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述石墨烯生長的反應(yīng)溫度為：250～600℃，優(yōu)選反應(yīng)溫度為：300～500℃，最佳反應(yīng)溫度為：400℃。

11、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述石墨烯生長的反應(yīng)時(shí)間為：10～600min，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為：60～180min，最佳反應(yīng)時(shí)間為：60min。

12、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述固態(tài)碳源是由通入所述管式爐反應(yīng)腔中的保護(hù)氣帶入，所述保護(hù)氣為氮?dú)饣驓鍤獾闹辽僖环N與氫氣的混合氣；

13、優(yōu)選地，所述固態(tài)碳源溫度為40℃；

14、優(yōu)選地，所述氫氣占混合氣的比例為1％～100％，較佳比例為：3％-10％，最佳比例為：5％；

15、優(yōu)選地，所述保護(hù)氣的氣體流量為5～500sccm，較佳氣體流量為100～200sccm，最佳氣體流量為：200sccm。

16、在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述銅件系由銅制成的具有一定形狀和規(guī)格零件或制品。

17、本發(fā)明第二方面提供了由上述方法制備的一種超導(dǎo)銅件，超導(dǎo)銅件與原始銅件形貌一致，顏色與新鮮還原的純銅的顏色一致；

18、所述超導(dǎo)銅件表面的石墨烯厚度為5～10nm，所述超導(dǎo)銅件的拉曼光譜在1575cm-1和2117cm-1的強(qiáng)度比值>0.8，所述超導(dǎo)銅件的導(dǎo)電率大于102％iacs。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

20、本發(fā)明所述制備超導(dǎo)銅件的方法，直接將銅件置于烘箱中使銅件表面氧化至淡紅色，并通過高溫去除銅件表面的有機(jī)雜質(zhì)，此前處理方法在不改變銅件形貌的情況下，對(duì)銅件表面進(jìn)行清理，使銅件表面無附著任何分子，保證銅件表面的清潔，從而提高石墨烯在銅件表面的生長質(zhì)量；

21、本發(fā)明用芳香族化合物作為固體碳源有效降低了石墨烯的生長溫度，使其低至400℃，降低了生產(chǎn)成本；

22、本發(fā)明所述方法可以在不改變銅件形貌的前提下在其表面進(jìn)行原位的化學(xué)反應(yīng)，能顯著提升銅件的導(dǎo)電性能和抗氧化能力，使含有石墨烯鍍層的銅件在大電流的工作場(chǎng)景下體現(xiàn)出比原銅件更低的阻抗、更高的強(qiáng)度和更長的工作壽命。

技術(shù)特征：

1.一種超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)碳源為芳香族化合物，所述芳香族化合物包括萘、蒽、菲、苯胺、苯二胺、聯(lián)苯胺、重氮苯、喹啉、鄰菲啰啉中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)碳源可以由液態(tài)碳源轉(zhuǎn)化得到，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)載體包括活性炭、石墨烯中的至少一種，所述液態(tài)碳源包括苯胺、苯、甲苯、二甲苯、吡咯、硝基苯、苯乙腈、聯(lián)吡啶中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述加熱爐具體選用烘箱，所述烘箱上設(shè)有過濾器濾以減少烘箱中雜質(zhì)的含量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述石墨烯生長的反應(yīng)溫度為：250～600℃，優(yōu)選反應(yīng)溫度為：300～500℃，最佳反應(yīng)溫度為：400℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述石墨烯生長的反應(yīng)時(shí)間為：10～600min，優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為：60～180min，最佳反應(yīng)時(shí)間為：60min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)碳源是由通入所述管式爐反應(yīng)腔中的保護(hù)氣帶入，所述保護(hù)氣為氮?dú)饣驓鍤獾闹辽僖环N與氫氣的混合氣；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)銅件的制備方法，其特征在于，所述銅件系由銅制成的具有一定形狀和規(guī)格零件或制品。

10.一種超導(dǎo)銅件，其特征在于，所述超導(dǎo)銅件是采用權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法制備的，所述超導(dǎo)銅件與原始銅件形狀一致，顏色要更亮；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種超導(dǎo)銅件及其制備方法，包括：將銅件置于加熱爐中，在常壓下加熱至所述銅件表面氧化，所述銅件的形狀在加熱前后保持一致；將處理后的所述銅件放置于管式爐反應(yīng)腔中，采用化學(xué)氣相沉積法，在所述銅件表面生長石墨烯，得到超導(dǎo)銅件；其中，石墨烯生長所用碳源為固態(tài)碳源。本發(fā)明利用低溫化學(xué)氣相沉積法，在不改變銅件形貌的前提下在其表面進(jìn)行原位的化學(xué)反應(yīng)，沉積5～10nm的高質(zhì)量石墨烯涂層。超薄的石墨烯涂層外觀透明，能顯著提升銅件的導(dǎo)電性能，使含有石墨烯鍍層的銅件在大電流的工作場(chǎng)景下體現(xiàn)出比原銅件更低的阻抗、更高的強(qiáng)度和更長的工作壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：馬宇飛,吳瓊,鄒路
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州盛光材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19