CN113909476A - 结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法，其中，结构化铜基上生长石墨烯的方法包括如下步骤：步骤S1：铜粉和铜箔交替层叠放入模具中，经等静压处理成型，形成锭块；步骤S2：锭块经由化学气相沉积法生长石墨烯，形成铜基石墨烯。形成的铜基石墨烯依次经由复压、烧结和热烧结拉丝成型，制得电缆芯材。制备形成的电缆芯材包括铜材和石墨烯，铜材包括铜箔和铜粉，石墨烯包覆铜箔和铜粉。采用铜粉和铜箔交替层叠的方式对铜基进行结构化处理，整体提升了铜基石墨烯材料的寿命和性能。进一步加工形成电缆芯材产生明显的各向异性，改善了电缆芯材在使用中因交流电导致的电流分布不均匀，等效电阻增大的现象。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯材料的技术领域，具体涉及结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法。
背景技术
铜的电阻率为银的1.05倍，而其价格只有银的十分之一，因此在满足导电要求的前提下，铜在工业生长上具有更高的性价比，但是铜粉因为其不耐氧化和腐蚀，在环境中易被氧化成氧化铜，在潮湿的空气中，会生成铜绿。为了保证铜基材料在这些环境中使用时不失效，在其表面做防护层显得尤为重要。石墨烯由于其具有优异的导电导热性能，运用于各个行业领域，如电极材料，超级电容器，导热填充层等，石墨烯的制备方法在其问世后也得到大力开发，化学气相沉积法由于其工艺简单，成本较低，石墨烯质量高，因此成为石墨烯的主要生长方法。
利用化学气相沉积法在铜粉上生长石墨烯的过程中，由于铜粉和铜粉接触会形成界面，也会在成型的锭块中留缝隙，从而会降低最终成品的导电率。该种材料制备形成的电缆在应用中会由于交流电的原因而导致电流分布不均匀，等效电阻增大的现象。而采用石墨烯在铜粉和铜箔上反复交替生长，则存在铜基因在交替生长过程中由于生长时间不同而导致的石墨烯厚度不同问题，并最终由于铜基上碳不断沉积而使产品导电性能下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能降低铜基空隙和交界面，改善材料导电率的结构化铜基上生长石墨烯的方法，以及改善电缆芯材电流分布不均匀，等效电阻增大的电缆芯材的制备方法及所制备形成的电缆芯材。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：结构化铜基上生长石墨烯的方法，包括如下步骤：
步骤S1：铜粉和铜箔交替层叠放入模具中，经等静压处理成型，形成锭块；
步骤S2：锭块经由化学气相沉积法生长石墨烯，形成铜基石墨烯。
优选地，所述步骤S1中等静压处理中的等静压力为5～10MPa。
优选地，所述步骤S1中铜粉和铜箔的质量比为15:1～40:1，每层所述铜粉的质量均相同，每层所述铜箔的尺寸均相同。
优选地，所述步骤S2的具体步骤包括：
步骤S21：锭块放入坩埚中，然后置于化学气相沉积炉内，向化学气相沉积炉中通入氩气，使化学气相沉积炉中充满氩气，并将化学气相沉积炉内温度上升至反应温度，保温；
步骤S22：保持氩气的通入，向化学气相沉积炉中通入甲烷和氢气，实现锭块上石墨烯的生长。
优选地，所述步骤S21中氩气的流量为100～150sccm，化学气相沉积炉中的升温速率为10～20℃/min，反应温度为950～1020℃；
所述步骤S22中甲烷的流量为4～10sccm，氢气的流量为20～50sccm，石墨烯的生长时间为1～2h。
本发明还提供一种电缆芯材的制备方法，将上述制备形成的所述铜基石墨烯依次经由复压、烧结和热烧结拉丝成型，制得电缆芯材。
优选地，所述复压操作为等静压操作，所述等静压力为300～500MPa。
优选地，所述烧结操作为将复压后的的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为1～3h。
优选地，所述热烧结拉丝操作为将烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机中挤压成型，所述热挤压机中的模具温度为900℃，经烧结后的铜基石墨烯中铜箔平面垂直于模具台放入热挤压机中。
本发明还提供一种电缆芯材，所述电缆芯材为由上述方法制备形成，所述电缆芯材包括铜材和石墨烯，所述铜材包括铜箔和铜粉，所述石墨烯包覆铜箔和铜粉。
本发明结构化铜基上生长石墨烯的方法，采用铜粉和铜箔交替层叠的方式对铜基进行结构化处理，形成异质层堆叠结构，避免了铜基单纯用铜粉而产生过多的空隙和交界面从而对导电产生负面的影响。同时，铜粉的存在又提供了碳源气体流动的路径，使生长的石墨烯能更好地包覆在铜粉和铜箔上，提高了材料的抗氧化性和抗腐蚀性能。将其应用于电学系统中，该材料具有更好的电学性能，因此，本发明整体上提升了铜基石墨烯材料的寿命和性能。
采用上述方法形成的铜基石墨烯进一步加工形成电缆芯材，制备形成的电缆芯材产生明显的各向异性，由于平行于铜箔方向上的载流子相比于垂直方向上的载流子更易传导，从而使得电缆芯材中的电流具有了一定的选择性，改善了电缆芯材在使用中因交流电导致的电流分布不均匀，等效电阻增大的现象，从而电缆芯材在使用中能具有更好的电流稳定性。并且铜基包裹有石墨烯进行保护，电缆芯材因此具有了更好的抗氧化性和抗腐蚀性能。
附图说明
图1是本发明铜基石墨烯中铜箔的SEM图；
图2是本发明铜基石墨烯中铜箔的拉曼图；
图3是本发明铜基石墨烯中铜粉的SEM图；
图4是本发明铜基石墨烯中铜粉的拉曼图。
具体实施方式
以下结合给出的实施例，进一步说明本发明结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法的具体实施方式。本发明结构化铜基上生长石墨烯的方法、电缆芯材及其制备方法不限于以下实施例的描述。
本发明结构化铜基上生长石墨烯的方法，包括如下步骤：
步骤S1：铜粉和铜箔交替放入模具中，经等静压处理成型，形成锭块；
步骤S2：锭块经由化学气相沉积法生长石墨烯，形成铜基石墨烯。
具体的，步骤S1中等静压处理中的等静压力控制在5～10MPa之间，防止因等静压力过大导致铜粉之间过于紧密堆积从而使铜基中的气体扩散路径被阻隔。
锭块中的铜粉和铜箔的配比为15:1～40:1，铜粉和铜箔交替层叠，每层铜粉的质量均相同，每层铜箔的尺寸均相同。当然，可通过具体调节铜粉和铜箔之间的配比及交替厚度，从而改变所制备形成的铜基石墨烯的相关性能。
铜粉和铜箔的配合，既使后续铜基在石墨烯的生长过程中拥有铜粉所形成的气流的扩散路径，方便石墨烯的生长，使生长形成的石墨烯能更好地包覆在铜粉和铜箔上，而且由于铜箔的存在，减少了铜基中过多的空隙和界面，减少其对材料导电性的影响。铜基中形成合适的石墨烯生长空间，整体提升了最终所形成的铜基石墨烯的性能和寿命。另外，由于本发明中的锭块采用纯铜粉，保证了制备所形成的铜基石墨烯良好的导电性能。
需要说明的是，步骤S2中化学气相沉积法具体步骤如下：
步骤S21：锭块放入坩埚中，然后置于化学气相沉积炉内，向化学气相沉积炉中通入氩气，使化学气相沉积炉中充满氩气，并将化学气相沉积炉内温度上升至反应温度后保温；其中，氩气的流量为100～150sccm，化学气相沉积炉中的升温速率为10～20℃/min，反应温度为950～1020℃。
步骤S22：保持氩气的通入，向化学气相沉积炉中通入甲烷和氢气，实现锭块上石墨烯的生长；其中，甲烷的流量为4～10sccm，氢气的流量为20～50sccm，石墨烯的生长时间为1～2h。
生长完成后冷却，生长形成的铜基石墨烯，石墨烯包覆在铜粉和铜箔上，如图1～图4所示，石墨烯的包覆率高，提升了材料的抗氧化性和抗腐蚀性能。
锭块采用铜粉和铜箔的层叠，共同进行步骤S2的石墨烯生长，保证了锭块材料上石墨烯的均匀性和厚度。
本发明电缆芯材的制备方法是将上述方法所制备形成的铜基石墨烯经由步骤S3：复压、烧结和热烧结拉丝成型，制得电缆芯材。其中，步骤S3的具体步骤包括：
步骤S31：对铜基石墨烯进行复压操作，该复压操作为等静压操作，等静压力为300～500MPa；
步骤S32：将经复压后的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为 900℃，烧结时间为1～3h；
步骤S33：将经烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机中挤压成细条状制备形成电缆芯材，热挤压机中的模具温度为900℃。
值得一提的是，烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机的方向为铜箔平面垂直于模具台的方向，该方向能保证挤压成型的电缆芯材中铜箔最大限度平行于电缆芯材的长度方向，由于平行于铜箔方向上的载流子相比于垂直方向上的载流子更易传导，从而进一步提高了线材的导电能力。
按照上述方法所制备形成的电缆芯材包括铜材和石墨烯，其中，铜材包括铜箔和铜粉，石墨烯包覆铜箔和铜粉。
所制备形成的电缆芯材中平行于铜箔方向上的载流子相比于垂直方向上的载流子更易传导，电缆芯材产生了明显的各向异性，从而使电缆芯材中的电流具有了一定的选择性，在一定程度上改善了电缆芯材中因交流电而导致的电流分布不均匀、等效电阻增大的现象，电缆芯材具有了更好的导电性和电流稳定性。
下面通过实施例一～实施例四来对本发明做进一步具体的说明：
实施例一
步骤S1：按模具大小剪切铜箔，以0.1g铜箔和4g铜粉交替层叠放置入模具中，经等静压压制成型，形成锭块，等静压力为5MPa。
步骤S21：锭块放入坩埚中，并送入化学气相沉积炉的中间位置；首先对化学气相沉积炉抽真空，使化学气相沉积炉中的气压缓慢下降，至炉内气相下降至10-2Pa，然后打开氩气阀门，通入氩气对化学气相沉积炉进行冲洗，同时关闭真空阀门，以去除化学气相沉积炉中的氧气等其他气体。待炉内气压升至常压时，调节氩气阀门，使氩气流量保持在120sccm，同时打开化学气相沉积炉的排气阀。在120sccm氩气的保护下，以20℃/min的速度对炉内进行升温，至炉内温度为1000℃，保温。
步骤S22：向化学气相沉积炉中不断通入甲烷和氢气，其中甲烷的流量为 10sccm，氢气的流量为50sccm，反应1h后停止甲烷和氢气的通入，在保温阶段进行锭块上石墨烯的生长；之后使炉内自然冷却至室温，制得铜基石墨烯。
将上述制得的铜基石墨烯继续按照步骤S3复压、烧结、热烧结拉丝制备形成电缆芯材，步骤S3具体为：
步骤S31：将上述方法所制备形成的铜基石墨烯从化学气相沉积炉中取出，采用等静压操作进行复压，等静压力为300MPa；
步骤S32：将复压后的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为1h；
步骤S33：烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机中，热挤压机中的模具温度设定为900℃，挤压比为50，铜基石墨烯挤压形成细线状为电缆芯材。
按照上述制备方法形成的电缆芯材经检测，材料密度为8.62g/cm3、电导率为91.2％IACS。
实施例二
步骤S1：按模具大小剪切铜箔，以0.1g铜箔和3g铜粉交替层叠放置入模具中，经等静压压制成型，形成锭块，等静压力为8MPa。
步骤S21：锭块放入坩埚中，并送入化学气相沉积炉的中间位置；首先对化学气相沉积炉抽真空，使化学气相沉积炉中的气压缓慢下降，至炉内气相下降至10-2Pa，然后打开氩气阀门，通入氩气对化学气相沉积炉进行冲洗，同时关闭真空阀门，以去除化学气相沉积炉中的氧气等其他气体。待炉内气压升至常压时，调节氩气阀门，使氩气流量保持在100sccm，同时打开化学气相沉积炉的排气阀。在100sccm氩气的保护下，以20℃/min的速度对炉内进行升温，至炉内温度为950℃，保温。
步骤S22：向化学气相沉积炉中不断通入甲烷和氢气，其中甲烷的流量为 4sccm，氢气的流量为20sccm，反应2h后停止甲烷和氢气的通入，在保温阶段进行锭块上石墨烯的生长。之后使炉内自然冷却至室温，制得铜基石墨烯。
将上述制得的铜基石墨烯继续按照步骤S3复压、烧结、热烧结拉丝制备形成电缆芯材，步骤S3具体为：
步骤S31：将上述方法所制备形成的铜基石墨烯锭块从化学气相沉积炉中取出，采用等静压操作进行复压，等静压力为300MPa；
步骤S32：将复压后的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为2h；
步骤S33：烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机中，热挤压机中的模具温度设定为900℃，挤压比为50，铜基石墨烯挤压形成细线状为电缆芯材。
按照上述制备方法形成的电缆芯材经检测，材料密度为8.63g/cm3、电导率为91.6％IACS。
实施例三
步骤S1：按模具大小剪切铜箔，以0.1g铜箔和2g铜粉交替层叠放置入模具中，经等静压压制成型，形成锭块，等静压力为10MPa。
步骤S21：锭块放入坩埚中，并送入化学气相沉积炉的中间位置；首先对化学气相沉积炉抽真空，使化学气相沉积炉中的气压缓慢下降，至炉内气相下降至10-2Pa，然后打开氩气阀门，通入氩气对化学气相沉积炉进行冲洗，同时关闭真空阀门，以去除化学气相沉积炉中的氧气等其他气体。待炉内气压升至常压时，调节氩气阀门，使氩气流量保持在150sccm，同时打开化学气相沉积炉的排气阀。在150sccm氩气的保护下，以20℃/min的速度对炉内进行升温，至炉内温度为1020℃，保温。
步骤S22：向化学气相沉积炉中不断通入甲烷和氢气，其中甲烷的流量为 8sccm，氢气的流量为40sccm，反应1.5h后停止甲烷和氢气的通入，在保温阶段进行锭块上石墨烯的生长。之后使炉内自然冷却至室温，制得铜基石墨烯。
将上述制得的铜基石墨烯继续按照步骤S3复压、烧结、热烧结拉丝制备形成电缆芯材，步骤S3具体为：
步骤S31：将上述方法所制备形成的铜基石墨烯锭块从化学气相沉积炉中取出，采用等静压操作进行复压，等静压力为400MPa；
步骤S32：将复压后的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为2h；
步骤S33：烧结后的铜基石墨烯中的铜箔垂直于模具台的方向放入热挤压机中的模具内，热挤压机中的模具温度设定为900℃，通过挤压杆施加压力使铜基石墨烯挤压成4mm细线，形成电缆芯材。
按照上述制备方法形成的电缆芯材经检测，材料密度为8.8g/cm3、电导率为102％IACS。
实施例四
步骤S1：按模具大小剪切铜箔，以0.1g铜箔和1.5g铜粉交替层叠放置入模具中，经等静压压制成型，形成锭块，等静压力为10MPa。
步骤S21：锭块放入坩埚中，并送入化学气相沉积炉的中间位置；首先对化学气相沉积炉抽真空，使化学气相沉积炉中的气压缓慢下降，至炉内气相下降至10-2Pa，然后打开氩气阀门，通入氩气对化学气相沉积炉进行冲洗，同时关闭真空阀门，以去除化学气相沉积炉中的氧气等其他气体。待炉内气压升至常压时，调节氩气阀门，使氩气流量保持在150sccm，同时打开化学气相沉积炉的排气阀。在150sccm氩气的保护下，以20℃/min的速度对炉内进行升温，至炉内温度为1020℃，保温。
步骤S22：向化学气相沉积炉中不断通入甲烷和氢气，其中甲烷的流量为 10sccm，氢气的流量为50sccm，反应2h后停止甲烷和氢气的通入，在保温阶段进行锭块上石墨烯的生长。之后使炉内自然冷却至室温，制得铜基石墨烯。
将上述制得的铜基石墨烯继续按照步骤S3复压、烧结、热烧结拉丝制备形成电缆芯材，步骤S3具体为：
步骤S31：将上述方法所制备形成的铜基石墨烯锭块从化学气相沉积炉中取出，采用等静压操作进行复压，等静压力为500MPa；
步骤S32：将复压后的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为3h；
步骤S33：烧结后的铜基石墨烯中的铜箔垂直于模具台的方向放入热挤压机中的模具内，热挤压机中的模具温度设定为900℃，通过挤压杆施加压力使铜基石墨烯挤压成4mm细线，形成电缆芯材。
按照上述制备方法形成的电缆芯材经检测，材料密度为8.9g/cm3、电导率为103％IACS。
由实施例一～实施例四可知，所制备形成的电缆芯材电性能良好，特别是在实施例三和实施例四中，由于最后热烧结拉丝成型工艺保证了挤压成型的电缆芯材中铜箔最大限度平行于电缆芯材的长度方向，其制备形成的电缆芯材的电导率有更为明显的提高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.结构化铜基上生长石墨烯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：铜粉和铜箔交替层叠放入模具中，经等静压处理成型，形成锭块；
步骤S2：锭块经由化学气相沉积法生长石墨烯，形成铜基石墨烯。
2.根据权利1所述的结构化铜基上生长石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S1中等静压处理中的等静压力为5～10MPa。
3.根据权利1所述的结构化铜基上生长石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S1中铜粉和铜箔的质量比为15:1～40：1，每层所述铜粉的质量均相同，每层所述铜箔的尺寸均相同。
4.根据权利1所述的结构化铜基上生长石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：
步骤S21：锭块放入坩埚中，然后置于化学气相沉积炉内，向化学气相沉积炉中通入氩气，使化学气相沉积炉中充满氩气，并将化学气相沉积炉内温度上升至反应温度，保温；
步骤S22：保持氩气的通入，向化学气相沉积炉中通入甲烷和氢气，实现锭块上石墨烯的生长。
5.根据权利4所述的结构化铜基上生长石墨烯的方法，其特征在于，所述步骤S21中氩气的流量为100～150sccm，化学气相沉积炉中的升温速率为10～20℃/min，反应温度为950～1020℃；
所述步骤S22中甲烷的流量为4～10sccm，氢气的流量为20～50sccm，石墨烯的生长时间为1～2h。
6.一种电缆芯材的制备方法，其特征在于，将上述权利要求1～5中任意一项所述铜基石墨烯依次经由复压、烧结和热烧结拉丝成型，制得电缆芯材。
7.根据权利要求6所述的电缆芯材的制备方法，其特征在于，所述复压操作为等静压操作，所述等静压力为300～500MPa。
8.根据权利要求6所述的电缆芯材的制备方法，其特征在于，所述烧结操作为将复压后的的铜基石墨烯在氩气保护下进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为1～3h。
9.根据权利要求6所述的电缆芯材的制备方法，其特征在于，所述热烧结拉丝操作为将烧结后的铜基石墨烯放入热挤压机中挤压成型，所述热挤压机中的模具温度为900℃，经烧结后的铜基石墨烯中铜箔平面垂直于模具台放入热挤压机中。
10.一种电缆芯材，其特征在于，所述电缆芯材为由权利要求6～9中任意一项所述的制备方法制备形成，所述电缆芯材包括铜材和石墨烯，所述铜材包括铜箔和铜粉，所述石墨烯包覆铜箔和铜粉。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114507791A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-17 | 重庆墨希科技有限公司 | 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备 |
| CN115351277A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-18 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115746594A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-07 | 上官俊华 | 一种用于脱胎漆器表面髹漆的漆料及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103773985A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-05-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种高效原位制备石墨烯增强铜基复合材料的方法 |
| WO2016090755A1 (zh) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | 福达合金材料股份有限公司 | 一种石墨烯增强的复合铜基触点材料及其制备工艺 |
| CN109811175A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-05-28 | 重庆大学 | 一种石墨烯-铜复合材料制备方法 |
| CN110190286A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-30 | 吉林大学 | 一种基于原位生长的垂直石墨烯-铜箔复合集流体及其制备方法 |
| CN111069611A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-28 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法 |
| CN111349810A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种石墨烯/铜复合线材及其制备方法 |
-
2020
- 2020-07-10 CN CN202010664212.5A patent/CN113909476B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103773985A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-05-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种高效原位制备石墨烯增强铜基复合材料的方法 |
| WO2016090755A1 (zh) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | 福达合金材料股份有限公司 | 一种石墨烯增强的复合铜基触点材料及其制备工艺 |
| CN111349810A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种石墨烯/铜复合线材及其制备方法 |
| CN109811175A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-05-28 | 重庆大学 | 一种石墨烯-铜复合材料制备方法 |
| CN110190286A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-30 | 吉林大学 | 一种基于原位生长的垂直石墨烯-铜箔复合集流体及其制备方法 |
| CN111069611A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-28 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种石墨-石墨烯-金属复合材料的制备方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114507791A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-17 | 重庆墨希科技有限公司 | 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备 |
| CN114507791B (zh) * | 2022-01-26 | 2022-09-23 | 重庆墨希科技有限公司 | 一种石墨烯金属导电材料的生产方法和设备 |
| CN115351277A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-11-18 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115351277B (zh) * | 2022-08-04 | 2024-02-06 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115746594A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-07 | 上官俊华 | 一种用于脱胎漆器表面髹漆的漆料及其制备方法 |
| CN115746594B (zh) * | 2022-12-08 | 2024-04-19 | 上官俊华 | 一种用于脱胎漆器表面髹漆的漆料及其制备方法 |
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