在材料科学的舞台上，石墨烯与铜的 “相遇” 正上演着一场奇妙的化学反应。一个是被誉为 “万能材料” 的二维碳纳米片，一个是人类文明中最常用的金属之一，当它们结合在一起，会碰撞出怎样的火花？

一、为什么让石墨烯 “包裹” 铜？

铜，以优异的导电性和导热性著称，是电子器件、电力系统的 “标配” 材料。但它有个明显短板：力学性能较弱，易氧化腐蚀，限制了在高端领域的应用。而石墨烯，作为单层碳原子构成的二维晶体，不仅拥有超高强度（是钢的 200 倍）、优异的导电性（载流子迁移率达 2×10⁵ cm²/(V・s)）和导热性，还能像 “保鲜膜” 一样隔绝氧气和水分子。

科学家们想到：如果用石墨烯像 “盔甲” 一样包覆铜粉，形成核壳结构的复合材料，岂不是能让铜同时拥有 “钢铁般的强度” 和 “一如既往的导电热情”？这一想法催生了石墨烯包铜材料的研究热潮。

石墨烯包覆铜粉复合材料制备原理图

二、石墨烯如何赋予铜 “超能力”？

1.核壳结构：1+1>2 的协同效应

石墨烯包覆铜粉的核心是形成 “铜核—石墨烯壳” 的结构。石墨烯的碳原子六元环与铜晶格通过 π-d 轨道杂化 “握手”，界面结合力极强。这种结构带来多重优势：

力学强化：石墨烯的载荷转移效应和位错钉扎作用，让铜的抗拉强度提升 10.94%，屈服强度飙升 114.88%。

导电导热升级：石墨烯的离域电子网络优化了电子传输路径，美国西北国家实验室发现，添加 18ppm 石墨烯的铜复合材料，电阻温度系数降低 11%，电导率接近纯铜理论极限。

石墨烯包裹 Cu 2＋1 O/Cu 复合电极在 50 mA•g－1 电流密度下的循环性能曲线

防腐抗氧化：石墨烯的单原子层像 “盾牌”，将铜的防腐寿命提升至室温下 5 年以上、200℃高温下 1000 小时以上，远超传统标准 1000 倍。

2.制备技术：从实验室到工业化的跨越

实现均匀包覆的关键在于制备工艺。

目前主流方法包括：

原位化学气相沉积（CVD）：在铜粉表面直接生长石墨烯层，层数可控，缺陷少。例如，通过 CVD 技术在铜粉表面包覆 0.04%（质量分数）的石墨烯，可使铜的摩擦系数降低 38.7%，磨损率下降 68.6%。

热挤压法：美国太平洋西北国家实验室采用该方法，将低缺陷密度石墨烯嵌入铜基体，当添加 15ppm 石墨烯时，电导率比纯铜提升 2.7%，且避免了传统方法中石墨烯团聚和界面缺陷的问题。

三、石墨烯包铜的 “用武之地”

这种 “刚柔并济” 的复合材料，正在多个领域崭露头角：

电子信息领域：作为高导电铜电子浆料，用于芯片封装、电路布线，解决散热和电磁干扰问题；石墨烯包铜引线框架可提升电子器件的可靠性。

先进制造领域：3D 打印中，石墨烯涂层将铜粉反射率降低 67%，实现高密度打印，部件孔隙率减少 30% 以上，且更轻更薄。

能源与交通领域：高导热性使其成为新能源电池散热材料的首选；在轨道交通中，石墨烯包铜触头材料抗电弧侵蚀性提升 40%，寿命延长至传统材料的 2 倍。

尽管前景光明，石墨烯包铜的大规模应用仍面临挑战：石墨烯的均匀分散、界面结合强度不足、制备成本高等问题亟待解决。而在这一领域，我国科研团队和企业已取得重要进展。

四、我司成果：少层石墨烯均匀包覆铜粉，性能再升级

我司通过大量实验，突破了石墨烯在铜粉表面均匀包覆的技术瓶颈，实现了在球形铜粉颗粒上稳定包覆少层或单层石墨烯。拉曼光谱测试显示，包覆的石墨烯缺陷少、晶体结构良好（1G 峰与 2D 峰强度比达 1.317，D 峰强度极低），质量达到国际先进水平。

技术优势与应用方向：

导电性能显著提升：可用于高导电铜电子浆料，相比传统材料，电导率提升潜力巨大。

多元制造适配性：适用于喷涂、3D 打印、热压等粉末冶金工艺，为高端零部件制造提供新材料选择。

综合性能优化：在保持铜高导热性的基础上，力学性能（强度、耐磨性）和抗氧化性同步增强，有望应用于航空航天、新能源电机等极端环境。

总结

目前，我司正进一步开展应用验证工作，致力于推动石墨烯包铜材料从实验室走向产业化，为解决高端金属材料 “高强高导” 难题提供新方案。当二维材料遇上传统金属，这场材料革命才刚刚开始 —— 正如《自然》杂志所言，科技史的齿轮已因它们的 “相遇” 而加速转动。

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