中国科学院上海微系统与信息技术研究所近日公开了一项名为 “一种基于电子束辐照制备高导电石墨烯 / 铜复合材料的方法” 的发明专利(申请公布号 CN 120700462 A)，该方法为高导电材料领域提供了全新解决方案。
在交通、电子、航天等领域对高性能导电材料需求日益增长的背景下，传统铜及铜基复合材料已难以满足需求。石墨烯虽具有极高的理论电子迁移率，但现有制备石墨烯 / 铜复合材料的方法普遍存在石墨烯质量差、分布不均的问题，导致产品电导率远低于纯铜。而这项新发明通过两步核心工艺破解了这一难题。
该方法首先在铜箔表面通过化学气相沉积法生长石墨烯薄膜，优选采用厚度为 10~50μm 的铜箔，碳源选用甲烷、乙烷等气态碳源，且优选生长单层石墨烯以保证性能;随后对石墨烯 / 铜复合材料进行电子束辐照处理，电子束曝光系统按顺序对单次曝光区域曝光直至全覆盖，其中加速电压控制在 1~30keV(优选 10~25keV，更优 15~20keV)，辐照剂量为 10~12000μC/cm²(优选 50~8000μC/cm²，更优 100~5000μC/cm²)，单次曝光面积则在 10²~10⁸μm²(优选 10³~10⁶μm²)之间。
实验数据显示，该方法制备的复合材料导电性表现优异。其中实施例 1 采用 25μm 铜箔生长单层石墨烯，经 20keV 加速电压、600μC/cm² 辐照剂量、10⁶μm² 单次曝光面积处理后，电导率达到 109.3% IACS，不仅明显高于纯铜(100% IACS)，甚至超过了纯银(106% IACS)。而当加速电压降至 1.5keV 时(实施例 2)，电导率为 102.4% IACS，仅略高于纯铜;辐照剂量提升至 1500μC/cm² 时(实施例 3)，电导率为 104.7% IACS，介于纯铜与纯银之间，过高缺陷导致性能回落。值得注意的是，即使将单次曝光面积从 10⁶μm² 减至 10⁵μm²(实施例 4)，电导率仍保持 108.7% IACS，仅加工时长增加，证明工艺重复性良好，且在不同型号电子束曝光设备中均可复现。
这项技术通过电子束辐照调控石墨烯缺陷量、增加电子通道，实现了复合材料导电性的突破，有望为各行业高性能导电材料应用提供关键支撑。
