CN102760515A - 具有有机复合物涂层的电导体 - Google Patents

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Abstract

电导体(100)包括金属衬底(102)，该金属衬底(102)具有表面(112)以及沉积在该表面(112)上的有机复合物涂层(104)。该有机复合物涂层可包括石墨烯涂层(104)，碳纳米管(CNT)涂层或者石墨烯/碳纳米管混合涂层。该有机复合物涂层(104)限定了电导体的可分离界面，该界面被配置为可与配合导体配合或者不配合。该有机复合物涂层是导电的。该有机复合物涂层与金属衬底(102)的表面相比，具有较低的摩擦系数。

Description

具有有机复合物涂层的电导体
技术领域
本文的主题通常涉及具有有机复合物涂层的电导体。
背景技术
电导体具有多种形式，例如触头、端子、插针、插座、针眼式插针、微动插针、柔性插针、导线、电缆编织线、迹线、焊盘等等。这样的电导体在多种不同类型的产品和设备中使用，包括电连接器、电缆、印刷电路板等。在一些电导体上使用润滑剂，以降低磨损和摩擦。已知的润滑剂包括施加在电导体金属衬底上的石墨。虽然石墨对减少磨损和摩擦的作用很好，但是石墨具有高接触电阻。当石墨施加到金属衬底时，电学性能被减小，有时达到信号过度衰减的程度。对于低电压/电流的电触头，在电导体上使用石墨还没有被典型地成功实施。
仍然需要一种具有减小摩擦、磨损和接触电阻的电导体。
发明内容
电导体包括金属衬底，该金属衬底具有表面以及沉积在该表面上的有机复合物涂层。该有机复合物涂层可包括石墨烯(graphene)涂层、碳纳米管(CNT)涂层或石墨烯/CNT混合涂层。该有机复合物涂层限定了一个电导体的可分离界面，该界面被配置为可与配合导体进行配合或者与配合导体不配合。该有机复合物涂层导电。该有机复合物涂层具有比金属衬底的表面更低的摩擦系数。
可选地，有机复合物涂层可被直接沉积在金属衬底上。有机复合物涂层可掺杂有金属颗粒。
可选地，多个有机复合物涂层可设置有散置于它们之间的反射金属层(flash metallic layer)。该有机复合物层可通过反射金属层中的孔隙暴露。
可选地，该金属衬底可包括基底层和沉积于该基底层上的表面层。该基底层可以是铜或铜合金。该表面层可以是银、锡、钯、金或它们的合金。该有机复合物涂层可以直接沉积在该基底层上。该有机复合物涂层可以直接沉积在该表面层上。
可选地，该有机复合物涂层可以喷涂在金属衬底上，可以印刷在金属衬底上或者可以电镀于金属衬底上。
附图说明
现在将参照附图通过例子描述本发明，其中：
图1是根据示例性的实施例形成的电导体的部分横截面视图；
图2是根据示例性的实施例形成的电导体的部分横截面视图；
图3是根据示例性的实施例形成的电导体的部分横截面视图；
图4是根据示例性的实施例形成的电导体的部分横截面视图。
具体实施方式
图1是根据示例性的实施例形成的电导体100的部分横截面视图。电导体100可以是任一类型的电导体，例如触头、端子、插针、插座、针眼式插针、微动插针、柔性插针、导线、电缆编线、迹线、焊盘等等。电导体100可形成电连接器、电缆、印刷电路板、太阳能面板等的一部分。
在示例性的实施例中，电导体100是具有金属衬底102和沉积在金属衬底102上的有机复合物涂层104的多层结构。该有机复合物涂层104可增加以减小金属衬底102上的磨损。该有机复合物涂层104可增加以减小金属衬底102上的摩擦。该有机复合物涂层104可被增加来替代其它类型的具有相对高的接触电阻的润滑剂或者涂层，例如石墨。该有机复合物涂层104具有较低的接触电阻，因此比石墨更导电。在示例性的实施例中，该有机复合物涂层104是或者包含石墨烯。在另一示例性的实施例中，该有机复合物涂层104是或者包含碳纳米管(CNTs)。在另一示例性的实施例中，该有机复合物涂层104是混合的有机复合物涂层104，其包括石墨烯和CNTs。其它，例如与金属衬底102相比，具有导电特性和相对低的摩擦系数的有机复合物可以被使用。
在示例性的实施例中，金属衬底102是多层结构。在示出的实施例中，金属衬底102包括基底层106、沉积在基底层106上的阻挡衬底层108，以及沉积在阻挡衬底层108上的表面层110。可选地，基底层106、阻挡衬底层108和/或表面层110可是多层结构。
在示例性的实施例中，基底层106导电，并且包括金属化合物，例如铜或铜合金。在替代的实施例中，其它除铜或铜合金以外的金属化合物可用于基底层106，例如镍、镍合金、钢、钢合金、铝、铝合金、钯-镍、锡、锡合金、钴、碳、石墨、石墨烯、碳基织物或者其它导电物质。该阻挡衬底层108导电，并且包括金属化合物，例如镍或镍合金。用于阻挡衬底层108的其它金属化合物包括其它金属或导电物质，例如铜、金、银、钴、钨、铂、钯或它们的合金。阻挡衬底层108在基底层106和表面层110之间提供扩散阻挡，例如当这些层是具有有扩散问题的铜和金或者其它金属化合物时。阻挡衬底层108为相对薄的表面层110提供机械支撑，提高了其磨损抵抗力。阻挡衬底层108减小了表面层110中空隙的影响。阻挡衬底层108可用公知的方法沉积于基底层106上，例如电镀。可选地，阻挡衬底层108可直接地沉积于其下的基底层106上。替代地，一个或多个其它层可设置在阻挡衬底层108和基底层106之间。
表面层110在基底层106上提供一耐腐蚀的导电层。例如，表面层110可包括金属化合物，例如金、银、锡、镍、钯、钯-镍、铂等等或者它们的合金。表面层110通常是一薄层。表面层110可用公知的方法沉积于阻挡衬底层108上，例如电镀。可选地，表面层110可直接沉积于其下的阻挡衬底层108。替代地，一个或多个其它层可设置在表面层110和阻挡衬底层108之间。在其它可替换实施例中，表面层110可直接沉积于基底层106上，而不在其中使用阻挡衬底层。在其它可替换实施例中，金属衬底102可仅仅包括基底层106，而不使用阻挡衬底层或表面层。
有机复合物涂层104沉积于表面层110上。表面层110包括外表面112，其限定了金属衬底102的最外层表面(在替代实施例中，外表面可由基底层106或其它层限定)。有机复合物涂层104直接沉积于外表面112上。有机复合物涂层104位于金属衬底102的外面。有机复合物涂层104限定了电导体100的可分离界面，该界面被配置为可与配合导体配合或者不配合。有机复合物涂层104用于限定可分离界面，因为有机复合物涂层104具有好的磨损抵抗力、摩擦抵抗力以及导电性。有机复合物涂层104比金属衬底102的外表面112具有更低的摩擦系数。
有机复合物涂层104通过涂覆工艺沉积。例如，有机复合物涂层104可使用喷涂工艺沉积。溶剂的溶液、基材CNT和/或石墨烯材料和/或表面活性剂喷涂于金属衬底102上。然后加热以除去溶剂。在其它实施例中，有机复合物涂层104可由其他涂覆工艺沉积，例如印刷、电镀、浸涂等等。
图2是根据示例性的实施例形成的电导体200的部分横截面视图。电导体200与电导体100(图1所示)类似，但是电导体200不包括阻挡衬底层或表面层。
电导体200包括金属衬底202和沉积于金属衬底202上的有机复合物涂层204。有机复合物涂层204被增加，以减小金属衬底202上的磨损。有机复合物涂层204与有机复合物涂层104(图1所示)类似。有机复合物涂层204可以是石墨烯、CNTs或者石墨烯与CNTs的混合。
金属衬底202包括基底层206。基底层206导电，并且包括金属化合物，例如铜或铜合金。在替代的实施例中，除铜或铜合金之外的其它金属化合物可用于基底层206。
有机复合物涂层204沉积于基底层206上。基底层206包括外表面212，其限定了金属衬底202的最外层表面。有机复合物涂层204直接沉积于外表面212上。有机复合物涂层204位于金属衬底202的外面。有机复合物涂层204限定了电导体200的可分离界面，该界面被配置为可与配合导体配合或者不配合。有机复合物涂层204用于限定可分离界面，因为有机复合物涂层204具有好的磨损抵抗力、摩擦抵抗力以及导电性。有机复合物涂层204比金属沉底202的外表面212具有更低的摩擦系数。可选地，有机复合物涂层204可为基底层206提供腐蚀抵抗力。
图3是根据示例性的实施例形成的电导体300的部分横截面视图。电导体300与电导体200(图2所示)类似，但是电导体300包括散置有多层有机复合物涂层的金属层，而不是单一有机复合物涂层。在替代的实施例中，电导体300可包括其它层，例如阻挡衬底层、表面层或其它层。
电导体300包括金属衬底302和一系列有机复合物涂层304，以及沉积于金属衬底302上的反射金属层306。反射金属层306散置在有机复合物涂层304中。因此提供了多层有机复合物涂层。有机复合物涂层304减小在金属衬底302和反射金属层306上的磨损。有机复合物涂层304减小了与配合导体配合时的摩擦，例如滑动配合。有机复合物涂层304可以是石墨烯、CNTs或者石墨烯和CNTs的混合。
在示例性的实施例中，有机复合物涂层304比反射金属层306具有更高的磨损抵抗力、更低的摩擦系数，但是反射金属层306比有机复合物涂层304具有更高的导电性。反射金属层306可以是多孔的。有机复合物涂层304可以通过反射金属层306中的空隙暴露出来。这样的暴露减小了反射金属层306的磨损和摩擦。反射金属层306邻近限定在电导体300最外层表面的可分离界面，增大了金属衬底302的导电性。
图4是根据示例性的实施例形成的电导体400的部分横截面视图。电导体400与电导体200(图2所示)类似，但是电导体400中有机复合物涂层掺杂有金属颗粒，例如金属薄片。在替代实施例中，电导体400可包括其它层，例如阻挡衬底层、表面层或其它层。
电导体400包括金属衬底402和掺杂有金属颗粒406的有机复合物涂层404。金属颗粒406可以是金属片。金属颗粒406可以是原子尺寸的。金属颗粒406嵌入在有机复合物涂层404中。有机复合物涂层404减小了金属衬底402的磨损。有机复合物涂层404减小了与配合导体相配合的摩擦，例如滑动配合。有机复合物涂层404可以是石墨烯、CNTs或者石墨烯和CNTs的混合。金属颗粒406增大了有机复合物涂层404的导电性。

Claims (9)

1.一种电导体(100)，包括：
具有表面(112)的金属衬底(102)，和
沉积于该表面上的石墨烯涂层(104)，该石墨烯涂层限定了所述电导体的配置为与配合导体配合或不配合的可分离界面，所述石墨烯涂层导电，所述石墨烯涂层具有比所述金属衬底的表面更低的摩擦系数。
2.如权利要求1的电导体(200)，其中石墨烯涂层(204)直接沉积于金属衬底(202)上。
3.如权利要求1的电导体(400)，其中所述石墨烯涂层掺杂有金属颗粒。
4.如权利要求1的电导体(300)，其中多个石墨烯涂层(304)设置有散置在它们之间的反射金属层(306)。
5.如权利要求4的电导体(300)，其中所述石墨烯涂层(304)通过反射金属层(306)中的空隙暴露。
6.如权利要求1的电导体(200)，其中金属衬底(202)包括基底层(206)，该基底层包括铜或铜合金，石墨烯涂层(204)直接沉积在所述基底层上。
7.如权利要求1的电导体(100)，其中金属衬底(102)包括基底层(106)和沉积于该基底层上的表面层(110)，该表面层包括银、锡、钯、金或者它们的合金，石墨烯涂层(104)直接沉积在所述表面层上。
8.如权利要求1的电导体(100)，其中石墨烯涂层(104)是在所述金属衬底上的喷涂层。
9.如权利要求1的电导体(100)，其中石墨烯涂层(104)是通过喷涂、印刷或电镀之一位于所述金属衬底上的。
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