一種常見的碳化合物，當與銅以恰到好處的比例混合時，可以使電線具有出色的效能提公升。 這種現象與金屬導電性的傳統觀點背道而馳。
該研究結果發表在《材料與設計》雜誌上，可能開闢了更高效配電的可能性，並有望改善驅動電動汽車和工業裝置的電動機。 該團隊已經為這項工作申請了專利，該專利得到了美國能源部（DOE）先進材料和製造技術辦公室的支援。
美國能源部太平洋西北國家實驗室的材料科學家Keerti Kappagantula及其同事發現，石墨烯是鉛筆中石墨的單層結構，可以增強金屬的乙個重要特性，即電阻溫度係數。
這一特性解釋了為什麼金屬在導電時會產生熱量。 研究人員希望降低這種電阻，同時提高金屬的導電能力。 多年來，他們一直在想，他們是否可以通過新增其他材料來提高金屬的導電性，尤其是在高溫下。 如果是這樣，這些複合材料是否能夠應用於商業規模？
現在，他們已經證明他們可以做到這一點，使用Shape，乙個由太平洋西北國家實驗室獲得專利的先進製造平台。
當研究團隊在電工級銅中加入百萬分之十八時，電阻的溫度係數降低了11%，而室溫下的電導率卻沒有降低。 這與電動汽車電機的製造有關，因為銅線繞組的電導率每增加 11%，電機效率就會提高 1%。
這一發現違反了金屬被用作導體的普遍看法"“卡帕甘圖拉說。 "一般來說，在金屬中新增其他物質會增加其電阻溫度係數，這意味著金屬在相同的電流水平下公升溫更快。 我們描述了這種金屬複合材料的新穎和令人興奮的特性，觀察到在製造銅線時導電性增加。 "
微觀結構對於石墨烯的增強至關重要。
在此之前，研究團隊進行了詳細的結構和物理計算研究，以解釋使用石墨烯提高金屬導電性的現象。
在這項研究中，他們表明，用於擠出復合線的固相處理產生了均勻的、近乎無孔的微觀結構，其中散布著微小的石墨烯薄片和團簇，這可能是複合材料電阻率降低的原因。
我們證明了薄片和團簇必須同時存在，才能在高溫操作下產生更好的導體"“卡帕甘圖拉說。
Bharat Gwalani、Xiao Li 和 Aditya Nittala 等合著者利用了太平洋西北國家實驗室設計的測試台，該測試台以高精度和準確度測量了電效能，以驗證改進的電導率，這反映在團隊的詳細實驗分析中。 Li 和 MDReza-E-Rabby開發了用於固相摩擦擠出工藝的工具和工藝包絡，這導致了專利的產生。
據研究團隊稱，這種新型銅在應用於任何工業應用時將提供極大的設計靈活性。
“哪裡有電，哪裡就有一席之地，”卡帕甘圖拉說。 ”
例如，壓接銅線的形式用於電動機和發電機的鐵芯。 當今的電機設計為在有限的溫度範圍內執行，因為當它們變得太熱時，電導率會急劇下降。 使用新的銅-石墨烯複合材料，電動機有望在更高的溫度下執行而不會失去其導電性。
同樣，將電力從輸電線路輸送到家庭和企業的電線通常由銅製成。 隨著城市人口密度的增加，對電力的需求也在增加。 預計更多的導電復合生產線將有助於提高效率，以滿足這一需求。
Kappagantula補充道：“這項技術是高密度城市環境中銅導體的絕佳解決方案。 ”
研究團隊正在繼續致力於定製銅石墨烯材料，並測量其他重要效能，如強度、疲勞、腐蝕和耐磨性，這些效能對於在工業應用中使用此類材料至關重要。 在這些實驗中，研究小組製造了與美國便士厚度大致相同的電線（15 公釐）。
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