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轧制“叠”出来的超级铜:石墨烯如何让铜又强又导电还耐海水

已有 552 次阅读 2026-8-3 20:04 |个人分类:分享|系统分类:论文交流

传统纯铜在高端制造里一直有个老矛盾——想把它做硬做强,导电率往往就掉下去;想保住导电,强度和耐蚀性又成了短板。杭州楠航新材料联合有研工程技术研究院张文婧(Wenjing Zhang)团队,把目光投向石墨烯-铜(Gr/Cu)复合材料,并用累积叠轧复合(Accumulative Roll Compositing, ARC)工艺,试图把“强度—导电—耐蚀”三件事一起拉满。相关成果2026年7月23日以Open Access形式发表于中国科学院一区TOP期刊Rare Metals,也正是《富阳日报》近期深度报道的那篇原始文献。

思路并不玄乎先用粉末冶金把石墨烯和铜粉混匀烧结成坯,再进入ARC循环——堆叠、剪切、50%减厚轧制、再堆叠,周而复始。每一次轧制都在干两件事:把团聚的石墨烯片撕开、铺展、重新分布;同时把铜晶粒越轧越细。论文系统比较了不同ARC圈数下材料的显微组织演变,发现高循环次数样品里石墨烯分散更均匀、铜基体晶粒明显细化。

性能数据很直观。随着ARC圈数增加,显微硬度和抗拉强度同步上升,而导电率仍守住96%IACS以上——这意味着它没像普通合金化强化那样拿电性能换强度。更关键的是耐蚀:在人工海水中泡168小时后,ARC-100样品电化学阻抗最高,说明腐蚀速率被显著压低。机制上,均匀分散的石墨烯像“屏障+应力传递骨架”,既阻断氯离子通道,又缓解晶界腐蚀,还把载荷分担走一部分。

这篇工作的产业意义在于,它给“超级铜”提供了一条可放大、可中试的工艺路径:不是靠神秘配方,而是用成熟冶金手段调控界面与组织。AI服务器总线、芯片封装导热通道、海工电缆、新能源电机绕组来说,强度够、导电不垮、海边不生锈的铜基材,正是国产化替代里缺的那一块。楠航新材从物理电弧剥离制石墨烯到石墨烯包覆铜粉、轧制导电膜,再把论文成果往产线推,算是把“顶刊结论”接上了“富阳厂房”。

当然也要冷静,必须注意ARC循环次数越高,加工成本和板形控制难度也越大,96%IACS在大尺寸卷材上能否稳住、168小时海水只是起步级耐蚀验证,这些都要等中试批样说话。但至少,石墨烯不再只是“添加剂故事”,而被证明能靠工艺工程真正协同提升金属综合性能——这本身就是材料界值得记一笔的进展。

参考文献

[1] Zhang W, Mi X, Feng X, Wang W, Mei Q, Huang L, Li H, Sun Q, Feng J, Li Z, Zhao Y, Xi H. Synergistic Enhancement of Mechanical and Electrical Properties and Corrosion Resistance of Graphene-Copper Composites by Accumulative Roll Bonding. Rare Metals, 2026, 45(7): e70495. https://doi.org/10.1002/rar2.70495




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