銅粉包覆石墨烯,會發生什么變化?石墨烯層首先是一層屏障,抑制了銅粉氧化,繼而減少了粉體間因氧化膜、不規則形貌等導致的粗糙和間隔——即石墨烯包覆,平滑了銅粉間界面,降低了界面散射效應,加之石墨烯本身的高電導率、熱導率以及高機械強度,所以石墨烯/銅復合材料通常具備高導電、高導熱、減摩耐磨的效果。福建烯景智研材料科技有限公司(烯景智研)以自主開發的第四代高質量石墨烯技術為基礎,石墨烯/銅復合技術為依托生產的石墨烯包覆銅粉,具有國際領先的石墨烯在銅粉末表面原位包覆核心技術的領先地位,實現少層且層數可控石墨烯完整包覆亞微米級類球形銅粉的工業化連續制備生產,且屬于國內首創,已得到多個高性能有色金屬頭部廠商的實測和高度認可。
應用解決方案示例
一、樹枝狀銅粉
樹枝狀粉末具有較大的表面積、許多粗糙度和互鎖特征。這種形態加上石墨烯包覆層使它們在燒結/粘合和接觸性能至關重要的情況下特別有用。
1、牽引電機繞組線:伴隨牽引電機(如高鐵、電動汽車電機)向高功率密度發展,行業要求繞組線既能承受大電流(高導電),又能抵抗高速運行下的離心力和熱應力(高強度、耐高溫)。純銅存在強度不足,高溫下易軟化的問題。
樹枝狀銅粉的互鎖可以阻礙位錯,提高燒結線體強度,防止變形。石墨烯包覆銅粉在固結過程中形成的石墨烯網絡又起到增強增韌和抗蠕變效果,允許更細的線體和更高的電流密度。
2、電觸點材料(如滑動/電刷觸點、開關):通斷過程中產生的電弧,會導致觸點材料表面熔焊、材料轉移(形成凸起和凹坑)、氧化和磨損,最終造成接觸電阻增大、發熱甚至失效——這也是終端用戶常說的設備有“壽命”。
首先,石墨烯作為一種薄的導電屏障,減少了冷焊和電弧焊接;其次,石墨烯也賦予觸點潤滑性能,增加銅表面的硬度,減少接觸磨損。
3、雷達射流(導熱材料):高功率雷達T/R組件(如雷達/航空航天電源模塊)等發熱巨大,需要高性能熱管理能力,樹枝狀衍生的固結部件(石墨烯增強)能夠抵抗微裂紋,并在與雷達/太空環境相關的惡劣工況(如熱沖擊和振動)下保持穩定的熱通道。
二、(橢)球形銅粉
(橢)球形銅粉具有流動性好、堆積密度高、表面氧化程度相對較低等特點,非常適合現代精密制造工藝。
微米級球形銅粉(15-53μm)
橢球形銅粉(2-4μm)
1、3D打印:銅是金屬3D打印中難啃的“硬骨頭”,原因是其對某些波長的激光反射率極高,難以熔化——業內通常需要特別光源激光器,或者避開SLS路線來解決銅的3D打印難題。但石墨烯是出色的光熱轉換材料,能顯著提高激光吸收率,使打印過程更穩定、高效,同時還能減少激光加熱時的銅粉氧化。
2、高精度電子器件和柔性電子/傳感器:比如用于MLCC電極,石墨烯網絡在燒結時起到約束作用,有利于尺寸精度;石墨烯賦予了印刷導電油墨/漿料中更好的粘附性和連接性的同時,很好保持和增強了薄膜電路的機械靈活(抗彎)性。
3、導電漿料:電子封裝的導電粘合劑、光伏前/后接觸和金屬化漿料,石墨烯“盔甲”可實現更好的電接觸、更長的保質期,并可能降低固化溫度,在一些成本敏感項目中,還可用于減少貴金屬(銀)的使用量。
4、5G通信組件和柔性電路板:5G器件功耗大、發熱多,石墨烯網絡可以有效降低高頻電阻,減少信號損耗,同時提供了額外的超高熱導路徑。復合銅粉不僅提升柔性電路板的散熱能力和尺寸穩定性,還可調整配方以提供更相匹配的熱膨脹系數,提高器件循環可靠性。
包覆細節(左) EDS分層(右)
關于烯景智研(離九創鑫)
烯景智研于2024年成立,為福建離九創鑫材料科技有限公司旗下集研發,生產,銷售,服務于一體的石墨烯材料研制及下游應用產品的高科技現代化企業。公司研發團隊由材料科學、化學工程等領域的博士生導師、博士、碩士組成,并聯合昆明理工大學新材料重點實驗室、廈門大學國家嘉庚貴金屬重點實驗室建立緊密的合作關系。
基于先進化學還原法4N級銅粉,精細化粒徑控制工藝,形貌定制和表面處理定制技術,烯景智研讓石墨烯和銅粉兩種材料實現了1+1>2的價值提升,高效推進拓展了銅粉在高端電氣、電子、通信、能源等領域的性能邊界,帶來新一輪的技術革新。
粉體圈整理
作者:粉體圈
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