铜（Cu）箔在工业应用中具有极其重要的地位，广泛应用于航空航天、机械和电子等领域。然而，随着这些领域的发展，对铜箔的电学和力学性能提出了更高的要求。传统的铜箔存在电阻热效应显著、硬度不足和高温环境下易疲劳等问题，限制了其在高功率、高可靠性应用中的使用。近年来，石墨烯（Gr）作为一种新型碳材料，因其卓越的电学和力学性能，如高电流密度极限、高电子迁移率、高导电性、高强度和高弹性模量，被认为是一种理想的增强相材料，可用于提升金属基体的性能。尽管已有研究通过化学气相沉积（CVD）等方法在铜基体中嵌入石墨烯以提高其性能，但这些方法大多存在工艺复杂、成本高、难以大规模生产等问题。因此，开发一种低成本、可大规模生产的石墨烯/铜复合材料制备方法具有重要的科学和应用价值。
本研究提出了一种通过冷轧法制备CVD生长的石墨烯/铜（Gr/Cu）层压复合材料的新方法。该方法通过将多层铜箔堆叠并进行CVD处理，在铜箔表面和内部生长石墨烯，随后通过多次冷轧和高温退火处理，实现了石墨烯与铜箔之间的紧密连接。与纯铜相比，制备的Gr/Cu层压复合材料展现出显著提升的电学和力学性能。在电学性能方面，Gr/Cu层压复合材料的电导率达到106.2% IACS（国际退火铜标准），最大电流密度提高了10.9%。在力学性能方面，其硬度增加了8.3%，并且具有更好的软化抗力。此外，Gr/Cu层压复合材料在多次弯曲循环后表现出优异的弯曲稳定性，电导率变化小于1.9%。通过冷轧和高温退火处理，石墨烯在铜基体中形成了有序的层状结构，这种结构不仅提高了材料的电学性能，还显著增强了其力学性能和热稳定性。该研究还发现，随着铜箔层数的增加，Gr/Cu层压复合材料的电导率呈下降趋势，但其最大电流密度和热稳定性仍然优于纯铜箔。
本研究成功开发了一种低成本、可大规模生产的石墨烯/铜层压复合材料制备方法，通过冷轧和高温退火处理实现了石墨烯与铜箔之间的紧密连接，并显著提升了其电学和力学性能。这种复合材料不仅具有优异的电导率和电流密度，还表现出良好的弯曲稳定性和热稳定性，使其在高功率传输和高温环境应用中具有广阔的应用前景。该方法的提出为石墨烯增强金属基复合材料的工业化生产提供了一种新的思路，有望推动其在传统电力系统、电动机相关产业和电子设备中的广泛应用。
Fabrication of graphene/copper laminate composites with enhanced electrical and mechanical properties by cold rolling
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2025.120633
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