目前，對于大功率輸電需求持續(xù)增長，比如在電動汽車、無人機、便攜式設(shè)備，以及可部署的軍事應(yīng)用領(lǐng)域。這里，通過在微米直徑的銅線上合成軸向連續(xù)石墨烯層，顯著增強了其電子特性（電流密度擊穿極限增加了450%）。為了證明其增強的潛在機制，表征了純銅線和三種不同直徑的軸向連續(xù)石墨烯-銅 (ACGC) 線的電子性質(zhì)，同時控制實驗條件，包括環(huán)境溫度、氣體和壓力。研究表明，ACGC導(dǎo)線可以通過極大的電流(>400 000 A cm−2)，其主要機制包括：與純銅線相比，連續(xù)的石墨烯層顯著改善：1）表面散熱 （高224%），2）電導(dǎo)率（高 41%），3）熱穩(wěn)定性 （在熱循環(huán)后高達 450°C 其電阻率降低 41.2%）。此外，通過使用高速相機成像，與純銅線相比，ACGC 線表現(xiàn)出非常不同的故障行為（接近電流密度極限）。
Figure 1. 銅和軸向連續(xù)石墨烯-銅(ACGC)線的微結(jié)構(gòu)表征。a)ACGC電線示意圖。b) 銅線上不同石墨烯生長條件下的拉曼光譜。c)EBSD顯微鏡圖像。d）不同樣品的SEM圖像。注意，退火和生長石墨烯后，銅線的直徑減小。
Figure 2. 原始獲得的(AR-Cu), 退火處理后 (A-Cu), 和 ACGC 導(dǎo)線（不同直徑）的尺寸和溫度相關(guān)的電子特性。a）與尺寸相關(guān)的電阻率。b-d）與溫度相關(guān)的電阻率。
Figure 3．導(dǎo)線在氧化前后的微觀結(jié)構(gòu)表征。a–c)三個樣品在空氣中氧化10個月之前(頂部)和之后(底部)的光學(xué)圖像。d)拉曼光譜比較。e)溫度相關(guān)的電阻率比較，其中溫度用黑線表示。f)在空氣中于300℃氧化24小時后的拉曼光譜比較。g，h）氧化前后的SEM圖。
Figure 4．表征了 A-Cu（空心標記）和 ACGC（實心標記）線的最大電流密度。 a-c) 在不同環(huán)境條件下測量的電壓降 (V) 與逐步增加電流密度的函數(shù)關(guān)系：a) 在空氣中，b) 在氬氣中，c) 在真空中。d) 臨界電流密度值匯總。
該研究工作由美國亞利桑那州立大學(xué)Wonmo Kang課題組于2021年發(fā)表在Adv. Mater.期刊上。原文：An Axially Continuous Graphene–Copper Wire for High-Power Transmission: Thermoelectrical Characterization and Mechanisms。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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