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石墨烯包覆铜复合材料:技术突破与产业应用前景解析
铜作为电子与电力领域的核心材料,以其优异的导电与导热性能占据不可替代地位,但其力学性能薄弱、易氧化腐蚀的固有缺陷,极大限制了在高端装备中的应用。石墨烯作为单层碳原子二维晶体,具备钢 200 倍的强度、卓越的导电导热性及优异的隔绝氧水能力,二者的复合—石墨烯包覆铜复合材料,成为解决铜材瓶颈的关键技术路径。上海研倍新材料科技有限公司的相关研究表明,该材料通过石墨烯的包覆改性,实现了导电性、力学性能与抗腐蚀性的协同跃升,为多领域技术升级提供了全新可能。


材料特性与形貌分析

石墨烯包覆铜复合材料的形貌特征直接影响其应用性能,电镜测试(EHT=3.00-5.00kV,WD=6.6-7.6mm)显示其主要存在三种典型结构:

树枝状:500X 至 20.00KX 放大倍数下呈现发达的树枝状结构,分散性优异,利于提升材料接触效率;


不规则形:颗粒形态虽无定形,但表面石墨烯包覆层完整,可有效保障防护性能;


球形:15-60μm 粒径范围内球形度高,卫星球(表面附着小颗粒)少,在 1.00KX 至 20.00KX 放大下显示出良好的流动性,适配精密制造场景。



性能突破:导电性能的跨越式提升

实验数据证实,石墨烯包覆显著提升了铜材的导电性能:


  • 15-60μm 球形颗粒:包覆后电导率在同等压强下提升两个数量级以上

    包覆前

包覆后


  • 200-300 目树枝状电解铜粉:包覆后电导率提升一个数量级以上

    包覆前

包覆后


这一突破使其导电性能逼近甚至对标银,为高导电需求场景提供了低成本替代方案。


下游应用领域:支持多产业技术升级

1、电子与电力领域

  • 导电浆料:3-5μm 粉末接触电阻率≤1×10⁻³Ω・cm,可替代银粉降低电子元件成本,适配 5G/6G 通信器件制造;


  • 电力传输:在高压电缆、变压器中应用,可显著降低线损。据中国电力科学研究院测算,导电率每提升 1% IACS,每公里输电线路年节电 1000-2500 度;若全国 630 万公里 10 千伏及以上线路采用 108% IACS 高导电石墨烯铜,年节电量可达 500-1260 亿度,等效于新增一座三峡大坝的发电量。


2、航空航天与粉末冶金

  • 航空航天:用于结构部件及发动机零件制造,可在保证高强度、高韧性的同时实现轻量化,提升飞行器燃油效率与航程;其优异导热性可解决高功率电子设备及发动机的散热难题;


  • 粉末冶金:通过提升铜粉烧结活性与致密化程度,制备高强度、高导电、耐磨的铜基复合材料,适配汽车发动机零部件、电力设备等制造需求。


3、 新能源与 3D 打印

  • 新能源:作为锂离子电池负极材料,可提升充放电效率、循环寿命及安全性;用于超级电容器电极,凭借高导电性与大比表面积,实现快速充放电与高能量密度,适配电动汽车及储能电站;


  • 3D 打印:15-53μm 球形复合粉末光吸收率达 60%,突破纯铜厌红光激光吸收率低的世界性难题,为复杂铜部件精密打印提供可能。


市场前景:规模与增长动力

行业数据显示,石墨烯包覆铜复合材料市场呈现高速增长态势:

  • 短期规模:2025 年电力传输、新能源设备、高端电子器件、航空航天等核心领域潜在市场规模达 500 亿元;全球市场中,中国占比 68%,为核心增长极;


  • 长期预测:2030 年全球市场规模有望突破 3000 亿元(中国市场同步扩张),复合年增长率(CAGR)达 32%;其驱动力包括双碳政策下的电网降损需求、全球电动车渗透率超 30% 的新能源设备增量、5G/6G 升级带来的电子器件需求,以及国防轻量化战略推动的军工应用。


结论与展望

石墨烯包覆铜复合材料凭借高导电性、高强度及抗腐蚀性的协同优势,已成为多领域技术升级的关键材料。随着连续化生产与回收利用技术的成熟,其成本将持续下降,推动大规模产业化应用。在 5G、电动汽车、可再生能源等领域需求爆发的背景下,该材料有望引领新一轮材料产业革命,为高端制造与能源革命提供核心支撑。



作为先进粉体材料的创新驱动型企业,研倍新材料专注于各种纳米合金粉、高性能陶瓷粉及多组元高熵合金粉的研发与生产,致力于为航空航天、新能源、电子器件、增材制造等前沿领域提供定制化材料解决方案。依托自主研发的等离子旋转电极雾化(PREP)、气雾化分级控制等核心技术,我们实现纳米级粒径精准调控(50-500nm),确保粉体具备超高球形度、低氧含量与窄粒度分布特性,完美适配激光选区熔化(SLM)、电子束熔融(EBM)等精密成型工艺需求。诚邀各行业伙伴共拓高端制造新蓝海。



研倍  2025-08-11  |  阅读:36
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