石墨烯加持！铜电线迎来新革命

石墨烯加持！铜电线迎来新革命

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网易

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来源

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美国西北国家实验室（PNNL）研究团队在铜电线技术上取得重大突破，通过在铜中添加石墨烯，成功开发出一种新型复合材料，有望为电力传输和电机效率带来革命性提升。

电阻温度系数（TCR）是影响金属导电性能的关键因素。当温度升高时，传统铜导体的电阻会增加，导致电导率下降。这一特性限制了铜在高温环境下的应用效率。PNNL的研究团队通过创新的剪切辅助加工和挤出（ShAPE）技术，在铜中添加了18ppm的石墨烯，成功将TCR降低了近11%，同时保持了室温下的电导率不变。

研究团队采用的ShAPE技术是这项突破的关键。通过这种工艺，石墨烯能够均匀分散在铜基体中，形成独特的微观结构。实验结果显示，这种复合材料不仅在高温下表现出更好的导电性能，而且在室温下的电导率也未受到影响。

这一技术突破在多个领域展现出巨大的应用潜力。在电动汽车领域，电机效率的提升尤为显著。研究表明，如果铜线绕组的电导率提高11%，电机效率可以提升1%。考虑到电动汽车对能效的严格要求，这一改进将具有重要意义。

在电力传输领域，这种新型复合材料同样展现出广阔的应用前景。随着全球城市电力需求的不断增加，提高输电效率、减少能源损耗已成为迫切需求。使用这种复合材料制成的电线，可以在高温环境下保持稳定的导电性能，从而提高整体电力传输效率。

尽管这项技术目前仍处于实验室阶段，但研究团队已经制定了明确的商业化路线图。他们计划进一步测试厚度约为1.5毫米的电线，并对材料的强度、疲劳、腐蚀和耐磨性等关键属性进行全面评估。这些测试将为未来的大规模工业应用提供重要的数据支持。

在中国，石墨烯铜的研究和产业化进程也在快速推进。中车研究院已成功建成150吨的石墨烯铜中试试验线，并实现了小批量生产。根据《2023-2027年中国石墨烯铜市场行情监测及未来发展前景研究报告》，中国在石墨烯铜领域的专利数量居于世界领先地位，多家铜加工企业和研究机构正在积极推动相关技术的产业化应用。

这一突破不仅解决了传统铜导体在高温环境下的性能局限，更为电气化和能源效率提供了新的技术路径。随着进一步的研究和测试，这种石墨烯增强的铜复合材料有望在不久的将来实现大规模商业化应用，为电动汽车、电力传输等多个领域带来显著的性能提升和能源节约。