CN117410013A - 一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法，石墨烯导体包括：金属基材，形成沿第一方向延伸的限定空间；第一石墨烯层，设置在金属基材的表面，且至少覆盖限定空间的内壁；多个第一金属导体层，设置在限定空间内；多个第二石墨烯层，设置在限定空间内；其中，多个第一金属导体层与多个第二石墨烯层沿第一方向依次交叉层叠，多个第二石墨烯层均与第一石墨烯层相连以形成立体网状结构。本申请技术方案中，金属基材及若干的第一金属导体层与石墨烯形成的立体网状结构相互包络，提高了金属材料与高含量的石墨烯的结合紧密性，并且石墨烯的密度高、分布均匀、连续性好。

Description

一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法

技术领域

本申请涉及电接触材料技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法。

背景技术

由于石墨烯具有诸多优点，比如高导电、高导热、高强度、柔韧度高、化学惰性强，优良的气体阻隔性能，使得石墨烯在诸多方面具有很大的应用前景。石墨烯应用于电接触材料技术领域，与金属导体材料结合，在结构强度、导电性能、耐用性方面具有取得较优性质的可能性。

以铜导体材料为例，目前石墨烯与铜导体材料的混合材料制备，主要有两种方向，一种是铜粉石墨烯混合压制法，另一种是石墨烯沉积铜箔压制法。铜粉石墨烯混合压制法是将铜粉与石墨烯混合后，经过研磨、搅拌、压制、烧结、冷却等步骤形成混合材料。石墨烯铜箔压制法是在铜箔表面化学气相沉积石墨烯层后，将沉积有石墨烯层的多片铜箔叠放并压制形成混合材料。现有两种方法都能形成混合材料，以供后续加工制造电接触导体产品，如导线、触点等，但现有方法都存在一些问题。铜粉石墨烯混合压制法中，石墨烯容易被铜粉包裹，石墨烯连续性降低，影响混合材料的结构和导电性能。石墨烯铜箔压制法中，在压制过程中，石墨烯层受到挤压力，容易造成部分石墨烯团聚形成石墨，且原先的均匀有序分布石墨烯在挤压力影响下可能出现重新无序化分布的情况，影响混合材料的导电性能；并且，部分铜箔在挤压过程中会破坏石墨烯层结构，进一步影响混合材料的导电性。

因此，如何形成金属与高含量的石墨烯结合紧密的导体材料，并保证石墨烯的分布连续性，以满足高导电性要求，是本领域的重要研究方向之一。

发明内容

本申请旨在提供一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法，以提高金属材料与高含量的石墨烯的结构紧密性、石墨烯的分布连续性。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种石墨烯导体，其包括：

金属基材，形成沿第一方向延伸的限定空间；

第一石墨烯层，设置在所述金属基材的表面，且至少覆盖所述限定空间的内壁；

多个第一金属导体层，设置在所述限定空间内；

多个第二石墨烯层，设置在所述限定空间内；

其中，所述多个第一金属导体层与所述多个第二石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第二石墨烯层均与所述第一石墨烯层相连以形成立体网状结构。

在本申请的一些实施例中，所述金属基材为片状，片状的所述金属基材以第一间距卷绕形成等距渐开线形螺旋结构，并形成螺旋形的所述限定空间。

在本申请的一些实施例中，所述第一间距为2-100mm。

在本申请的一些实施例中，所述金属基材包括间隔层叠设置的多个金属基层，每个所述金属基层的表面均覆盖有所述第一石墨烯层，相邻两个所述金属基层之间形成沿所述第一方向延伸的间隔空间；

所述石墨烯导体还包括：

多个第二金属导体层，设置在所述间隔空间内；

多个第三石墨烯层，设置在所述间隔空间内；

其中，所述多个第二金属导体层与所述多个第三石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第三石墨烯层均与所述第一石墨烯层相连。

在本申请的一些实施例中，沿所述第一方向，所述多个第二石墨烯层与所述多个第三石墨烯层错开。

在本申请的一些实施例中，所述多个金属基层以第二间距间隔层叠设置，所述第二间距为1-12mm。

在本申请的一些实施例中，所述限定空间和/或所述间隔空间内设有沿所述第一方向延伸的预留冷却孔；

所述石墨烯导体还包括：

第四石墨烯层，覆盖所述预留冷却孔的内壁，以与所述第一石墨烯层、所述第二石墨烯层、所述第一金属导体层相连；

多个第三金属导体层，设置在所述预留冷却孔内；

多个第五石墨烯层，设置在所述预留冷却孔内；

其中，所述多个第三金属导体层与所述多个第五石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第五石墨烯层均与所述第四石墨烯层相连。

在本申请的一些实施例中，所述第五石墨烯层相对所述第二石墨烯层、所述第三石墨烯层沿所述第一方向错开。

在本申请的一些实施例中，所述石墨烯导体还包括：

金属基柱，所述金属基材绕所述金属基柱卷绕成型并形成所述限定空间；

第六石墨烯层，覆盖所述金属基柱的表面。

在本申请的一些实施例中，每个金属导体层的厚度为0.01-0.1mm；每个石墨烯层的厚度为3-6层。

第二方面，本申请实施例提供一种石墨烯导体的制备方法，其包括：

S1，在金属基材的两侧表面沉积第一石墨烯层；

S2，将金属基材弯曲，并形成沿第一方向延伸的限定空间；

S3，向所述限定空间内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第二石墨烯层，使所述第二石墨烯层与所述第一石墨烯层相连。

在本申请的一些实施例中，步骤S3包括循环进行的下列步骤：

S3.1，向所述限定空间注入设定厚度的金属导体熔融液；

S3.2，第一次通入冷却气体，以降低所述金属导体熔融液和所述金属基材的温度；

S3.3，通入含碳气体，以沉积形成覆盖金属导体熔融液液面的所述第二石墨烯层，使所述第二石墨烯层与所述第一石墨烯层相连；

S3.4，第二次通入冷却气体，再次降低所述金属导体熔融液和所述金属基材的温度。

在本申请的一些实施例中，在所述步骤S3.2和S3.4中，所述冷却气体的温度为500-800℃，通气量为300-400sccm，通气时间为20-80s。

在本申请的一些实施例中，在所述步骤S3.3中，所述含碳气体的温度为1000-1100℃，所述第二石墨烯层的厚度为3-5层。

在本申请的一些实施例中，在所述步骤S2中，将金属基材以渐开线形弯曲，以卷绕形成多层的螺旋结构，并使所述限定空间为螺旋形。

在本申请的一些实施例中，所述金属基材包括多个金属基层；

在所述步骤S1中，在每个所述金属基层的两侧表面沉积第一石墨烯层；

在所述步骤S2中，使所述多个金属基层间隔设置，并将每个所述金属基层以渐开线形弯曲，以使所述金属基材整体卷绕形成螺旋形的所述限定空间，并在相邻的两个基层之间形成螺旋形的所述间隔空间；

在所述步骤S3中,向所述限定空间、所述间隔空间均进行：分多次注入金属导体熔融液，并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体。

在本申请的一些实施例中，步骤S3包括：

S3.5，在向所述限定空间内分多次注入金属导体熔融液并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体的过程中，向所述间隔空间通入冷却气体；

S3.6，向所述间隔空间内分多次注入第二设定厚度的金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第三石墨烯层，使所述第三石墨烯层与所述第一石墨烯层相连；第二设定厚度与第一设定厚度不同。

在本申请的一些实施例中，在所述步骤S2中，设置多个导向管，所述多个导向管的轴心连线形成渐开线形的螺旋结构，将所述金属基材沿所述多个导向管弯曲以卷绕并形成所述限定空间和所述间隔空间；

所述石墨烯导体的制备方法还包括：

在步骤S3过程中向所述导向管内通入冷却气体，在步骤S3完成后拔出所述导向管并形成预留冷却孔；

S4，向预留冷却孔内通入含碳气体，以在所述预留冷却孔的内壁形成第四石墨烯层；

S5，向所述预留冷却孔内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第五石墨烯层，使所述第五石墨烯层与所述第四石墨烯层相连。

在本申请的一些实施例中，在所述步骤S2中，设置金属基柱作为所述金属基材以渐开线形弯曲的基圆；

在步骤S1中同时对所述金属基柱的表面沉积第六石墨烯层。

在本申请的一些实施例中，所述金属基柱具有轴心通孔，在步骤S1中，在所述金属基柱的内外表面均沉积第六石墨烯层；

所述石墨烯导体的制备方法还包括：

S6，向所述轴心通孔内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第七石墨烯层，使所述第七石墨烯层与所述第六石墨烯层相连。

本申请实施例提供的石墨烯导体及其制备方法，首先在金属基材两侧表面沉积形成第一石墨烯层，将两侧表面均有第一石墨烯层的金属基材弯曲，使其形成沿第一方向延伸的限定空间，从限定空间在第一方向上的一端能够注入金属导体熔融液及通入含碳气体，通过分多次注入一定深度金属导体熔融液，再在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体，使得金属导体熔融液的液面形成第二石墨烯层，多次注入金属导体熔融液和通入含碳气体后，限定空间内形成多个第二石墨烯层，多个第二石墨烯层连接第一石墨烯层最终形成立体网状结构，立体网状结构中的石墨烯层沿纵向（即第一方向）和横向（即大致与第一方向垂直的方向）错综分布；金属导体熔融液在初期起到间隔两层第二石墨烯层的作用，以便于形成立体网状结构的石墨烯，金属导体熔融液在后期放热固化形成第一金属导体层，金属基材及若干的第一金属导体层与立体网状结构的石墨烯相互包络，实现金属材料与高含量石墨烯紧密结合的石墨烯导体材料，并且其中的石墨烯密度高、分布均匀、连续性好，该石墨烯导体在后续加工生产中不易出现金属材料与石墨烯层分离的情况，也不易出现石墨烯层的连续性被破坏而影响导电性的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1提供的石墨烯导体的主视图；

图2为本申请实施例1提供的石墨烯导体的从第一方向观察的图；

图3为图2的II-II剖面图；

图4为本申请实施例2提供的金属基材包括多层金属基层的石墨烯导体；

图5为图4的IV-IV剖面图；

图6为本申请实施例3提供的具有预留冷却孔的石墨烯导体；

图7为本申请实施例3提供的预留冷却孔内的结构示意图；

图8为本申请实施例3提供的金属基柱的剖面图；

图9为本申请实施例3提供的另一金属基柱的剖面图；

图10为本申请实施例提供的石墨烯导体的制备方法流程图。

图标：1-金属基材，11-第一金属基层，12-第二金属基层，2-第一石墨烯层，3-限定空间，31-第一金属导体层，32-第二石墨烯层，4-间隔空间，41-第二金属导体层，42-第三石墨烯层，5-预留冷却孔，51-第四石墨烯层，52-第三金属导体层，53-第五石墨烯层，6-金属基柱，61-第六石墨烯层，62-第四金属导体层，63-第七石墨烯层，7-导向管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请提供一种石墨烯导体及石墨烯导体的制备方法，解决现有技术中石墨烯导体中金属材料与石墨烯不易结合，石墨烯分布连续性较低的问题，实现金属材料与高含量的石墨烯紧密结合，并保证石墨烯的分布连续性。

实施例1

石墨烯导体的结构如图1、图2和图3所示，包括金属基材1、第一石墨烯层2、多个第一金属导体层31和多个第二石墨烯层32。

金属基材1是作为支撑的结构，金属基材1形成有沿第一方向X延伸的限定空间3。限定空间3的结构有多种，例如，限定空间3包括多个沿第一方向X延伸的通孔；又如，限定空间3的截面形状为S形；再如，限定空间3包括多圈层叠的环形通道。

第一石墨烯层2设置在金属基材1的表面，且至少覆盖限定空间3的内壁。“至少覆盖限定空间3的内壁”是指，覆盖限定空间3的内壁，或者包括限定空间3的内壁在内，覆盖金属基材1的所有表面。换言之，金属基材1的表面，至少在限定空间3内具有沿第一方向X连续的第一石墨烯层2。

多个第一金属导体层31和多个第二石墨烯层32均设置在限定空间3内。

其中，多个第一金属导体层31与多个第二石墨烯层32沿第一方向X依次交叉层叠，多个第二石墨烯层32均与第一石墨烯层2相连以形成立体网状结构。

本申请实施例提供的石墨烯导体，其第一石墨烯层2和多个第二石墨烯层32在金属基材1内形成立体网状结构，金属基材1及若干的第一金属导体层31与石墨烯形成的立体网状结构相互包络，无需压制就能使金属材料和石墨烯材料均匀地交错结合，提高了金属材料与高含量的石墨烯的结合紧密性，并且石墨烯的密度高、分布均匀、连续性好；其中，第一石墨烯层2和第二石墨烯层32构成的立体网状结构具有较好的结构强度，及较多的连接节点，使得石墨烯不易断开（或者说不易完全断开），进一步保证石墨烯的分布连续性的较好。

本申请实施例中的金属基材1的材料可以为多种金属导体材料，例如可以为铜导体，如铜箔、铜管等。

在一些实施例中，如图2所示，金属基材1为片状（如铜箔），片状的金属基材1以第一间距L1卷绕形成等距渐开线形螺旋结构，并形成螺旋形的限定空间3。

需要说明的是，在螺旋形的限定空间3中，限定空间3的内壁是指金属基材1的最外卷绕层以内的表面，也就是说，包括金属基材1的最外卷绕层的面向卷绕中心的一面、及金属基材1的其他卷绕层的两面。

通过将金属基材1卷绕形成等距渐开线形螺旋结构，一方面，金属基材1能够将第一石墨烯层2和第二石墨烯层32构成的立体网状结构层层围护在内，提高金属材料与石墨烯材料的结合紧密性；另一方面，每个第二石墨烯层32能够在限定空间3内沿第二方向连续，能够更好地提高石墨烯材料的连续性。并且，螺旋形的限定空间3是整体连续的空间结构，相较于被分成多个的情况（如前述的多个通孔或多个环形通道），第一金属导体层31和第二石墨烯层32的制备更便捷，更适于制备大体量、大批量的石墨烯导体。

在一些实施例中，如图2所示，第一间距L1为2-100mm，以免第一间距L1过小导致制备工艺难度较大，影响制备效率，且避免第一间距L1过大，影响金属材料和石墨烯材料的结合紧密性。

实施例2

在一些实施例中，金属基材1包括间隔层叠设置的多个金属基层。每个金属基层的表面均覆盖有第一石墨烯层2，相邻两个金属基层之间形成沿第一方向X延伸的间隔空间4。

示例性地，金属基材1包括第一金属基层11和第二金属基层12，第一金属基层11和第二金属基层12以第二间距L2层叠设置，金属基材1整体弯曲形成限定空间3，同时第一金属基层11和第二金属基层12之间形成间隔空间4。如图4和图5所示，在金属基材1以第一间距L1卷绕形成等距渐开线形螺旋结构的实施例中，限定空间3是宽度为第一间距L1的螺旋形空间结构，间隔空间4是宽度为第二间距L2的螺旋形空间结构。由于每个金属基层的表面均覆盖有第一石墨烯层2，因此，限定空间3和间隔空间4的内壁均具有第一石墨烯层2。

石墨烯导体还包括多个第二金属导体层41和多个第三石墨烯层42，多个第二金属导体层41和多个第三石墨烯层42均设置在间隔空间4内，多个第二金属导体层41与多个第三石墨烯层42沿第一方向X依次交叉层叠，多个第三石墨烯层42均与第一石墨烯层2相连。

通过将金属基材1设置为间隔层叠的多个金属基层，使得金属基材1内具有相对独立的限定空间3和间隔空间4，限定空间3中具有第一石墨烯层2和第二石墨烯层32构成的立体网状结构，间隔空间4中具有第一石墨烯层2和第三石墨烯层42构成的立体网状结构，两个立体网状结构独立成型、相互交错并连接，石墨烯的密度更高、分布更均匀、连续性更好，金属导体和石墨烯形成的立体网状结构相互包络，结合紧密性更高。

并且，多个金属基层与单层相比，在卷绕层数相同的情况下，多个金属基层需要卷绕的圈数更少，例如，单层的金属基材1卷绕十圈时具有十层，而两个金属基层的金属基材1卷绕五圈时具有十层，能够提高加工效率。

在一些实施例中，第二间距L2小于第一间距L1。可选地，第二间距L2为1-12mm。通过设置层叠的第一间距L1和卷绕的第二间距L2，能够使得限定空间3和间隔空间4的宽度大小不同，进而使得两个空间内的立体网状结构的密度不同，第一金属导体层31和第二金属导体层41的形状和尺寸大小也不同，密度不同的立体网状结构相互交错并连接，并与形状和尺寸大小不同的金属导体层相互包络，在强度上形成互补，使得石墨烯导体的整体结构强度和韧性更好。

在一些实施例中，沿第一方向X，多个第二石墨烯层32与多个第三石墨烯层42错开。这能够使得两个立体网状结构进一步交错，从而进一步提高石墨烯的均匀性和连续性，及提高石墨烯导体的整体结构强度和韧性，在后续使用石墨烯导体加工生产电接触产品时，例如对石墨烯导体进行拉伸、延展和切割等操作时，更不易导致石墨烯连续性破坏，保证电接触产品的高导电性。

本实施例提供的石墨烯导体的结构，通过设置相互独立的限定空间3和间隔空间4，在二者中的一者内进行加工制造石墨烯层和金属导体层时，二者中的另一者可以作为换热空间以调节温度，缓解生产过程温度变化可能带来的影响，提高产品良率。例如，向二者中的另一者通入冷气，降低温度，避免石墨烯成型不良，或者避免用于形成金属导体层的金属熔融液体的温度过高，而将金属基材1熔破。

实施例3

如图6和7所示，石墨烯导体具有预留冷却孔5，预留冷却孔5沿第一方向X延伸。

石墨烯导体还包括第四石墨烯层51、多个第三金属导体层52和多个第五石墨烯层53。

如图7所示，第四石墨烯层51覆盖预留冷却孔5的内壁，即第四石墨烯层51沿第一方向X连接第一石墨烯层2、第二石墨烯层32、第一金属导体层31。

多个第三金属导体层52和多个第五石墨烯层53设置在预留冷却孔5内，其中，多个第三金属导体层52与多个第五石墨烯层53沿第一方向X依次交叉层叠，多个第五石墨烯层53均与第四石墨烯层51相连。

在石墨烯导体具有限定空间3的实施例中，如图6所示，预留冷却孔5设置在限定空间3内。

在石墨烯导体具有限定空间3和间隔空间4的实施例中，预留冷却孔5设置在限定空间3和/或间隔空间4内，也即，限定空间3具有预留冷却孔5；或者，间隔空间4具有预留冷却孔5；或者，限定空间3和间隔空间4均就有预留冷却孔5。

在限定空间3和/或间隔空间4中进行加工制造石墨烯层和金属导体层时，预留冷却孔5作为换热空间以调节温度，缓解生产过程温度变化可能带来的影响，提高产品良率。例如，向预留冷却孔5通入冷气，降低温度，避免石墨烯成型不良；或者避免用于形成金属导体层的金属熔融液体的温度过高，而将金属基材1熔破。

预留冷却孔5内的第四石墨烯层51和多个第五石墨烯层53相互连接形成高密度的立体网状结构的柱体，该柱体包络第三金属导体层52形成强度较高的支撑结构，能够进一步提高石墨烯导体的整体结构强度和韧性。

在一些实施例中，第五石墨烯层53相对第二石墨烯层32、第三石墨烯层42沿第一方向X错开。进一步提高石墨烯的均匀性和连续性，及提高石墨烯导体的整体结构强度和韧性。

预留冷却孔5的形成可以为，在制造过程中，在限定空间3和/或间隔空间4中设置导向管7，通过向导向管7内通入气体来实现加工过程中热交换，待加工完成形成立体网状结构和金属导体相互包络的结构后，抽出导向管7，在导向管7所在位置形成预留冷却孔5，此时再向预留冷却孔5内设置第四石墨烯层51、然后交替设置多个第三金属导体层52和多个第五石墨烯层53。

在一些实施例中，预留冷却孔5的位置紧贴金属基材1，以提高金属基材1的降温效率。

其中，多个预留冷却孔5被设置为沿金属基材1的弯曲路径布置，以提高热交换均匀性。

在加工过程中，多个导向管7的轴心连线形成渐开线形的螺旋结构，起到导向和支撑作用，使得金属基材1能够沿多个导向管7弯曲成型；在后续加工过程中，导向管7不仅起到热交换的作用，还能够继续支撑金属基材1，以免金属基材1受热变形。

需要说明的是，在石墨烯导体具有限定空间3和间隔空间4的实施例中，限定空间3和间隔空间4均就有预留冷却孔5时，导向管7还起到控制多个金属基层之间的第二间距L2的作用，便于加工。

可选地，导向管7为石墨管、石英管、不锈钢管中一种或多种混合分布，导向管7的外径为0.1-0.8mm。

在金属基材1弯曲形成渐开线形的螺旋结构时，金属基材1一般以一基圆为起点、以第一间距L1等距卷绕。

在一些实施例中，基圆为模具，在金属基材1成型后，或者在立体网状结构与金属导体形成包络结构后，基圆去除，基圆部位可用于设置金属导体和石墨烯层。

在一些实施例中，如图6和图8所示，石墨烯导体还包括金属基柱6和第六石墨烯层61，第六石墨烯层61覆盖金属基柱6的表面，金属基材1绕金属基柱6卷绕成型并形成限定空间3。换言之，覆盖有第六石墨烯层61的金属基柱6作为基圆，覆盖有第六石墨烯层61的金属基柱6不取出，作为石墨烯导体的一部分，起到提高石墨烯导体的结构强度的作用。

可选地，如图9所示，金属基柱6具有轴心通孔，在金属基柱6的内外表面均覆盖有第六石墨烯层61，也就是说轴心通孔的内壁和金属基柱6的外壁均具有第六石墨烯层61。石墨烯导体还包括多个第四金属导体层62和多个第七石墨烯层63，多个第四金属导体层62和多个第七石墨烯层63设置在轴心通孔内，多个第四金属导体层62和多个第七石墨烯层63沿第一方向X依次交叉层叠，多个第七石墨烯层63均与第六石墨烯层61相连。

在一些实施例中，基圆的直径为5-50mm，以使得立体网状结构的密度适宜，连接较好，石墨烯能够具有更好的连续性。

本申请上述实施例提供的石墨烯导体，每个金属导体层的厚度为0.01-0.1mm，即第一金属导体层31、第二金属导体层41、第三金属导体层52的厚度、第四金属导体层62的厚度均在0.01-0.1mm的范围内。

本申请上述实施例提供的石墨烯导体，每个石墨烯层的厚度为3-6层，即第一石墨烯层2、第二石墨烯层32、第三石墨烯层42、第四石墨烯层51、第五石墨烯层53、第六石墨烯层61和第七石墨烯层63的厚度均在3-6层的范围内。换言之，第一石墨烯层2、第二石墨烯层32、第三石墨烯层42、第四石墨烯层51、第五石墨烯层53、第六石墨烯层61和第七石墨烯层63均包括3-6层石墨烯，单层石墨烯的厚度为0.334nm。

本申请实施例提供的石墨烯导体，其形状可以为沿第一方向X延伸的线型（例如柱状、棒状），方便在后续加工中通过流水线持续输送原材，提高电接触产品的生产效率。

需要说明的是，根据石墨烯导体的使用状态、放置状态等情况，第一方向X可以为任意方向；在石墨烯导体的制备过程中，第一方向X为便于制造的任意方向，例如在注入金属导体熔融液的过程中第一方向X可以为竖直方向。

本申请实施例提供的石墨烯导体的制备方法，如图10所示，包括：

S1，在金属基材1的两侧表面沉积第一石墨烯层2；

S2，将金属基材1弯曲，并形成沿第一方向X延伸的限定空间3；

S3，向限定空间3内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第二石墨烯层32，使第二石墨烯层32与第一石墨烯层2相连。

实施例4

示例性地，以单层的金属基材1的石墨烯导体的制备方法为例，金属基材1选用铜箔、金属导体熔融液选用铜液，具体如下。

在步骤S1中，包括：

S1.1，先在惰性气体氮气、氩气或氦气条件下，对铜箔进行退火处理。以20℃/min升温加热铜箔，铜箔被加热至950-1010℃后退火。可选地，铜箔的厚度为3-100μm。

S1.2，通过气相沉积法在铜箔的两侧表面沉积第一石墨烯层2，第一石墨烯层2的厚度为3-6层。其中，含碳气体包括氩气、氢气和甲烷。

通过先对铜箔进行退火处理，使得铜箔表面的晶格更大，沉积的第一石墨烯层2的连续性更好。

在步骤S2中，金属基材1的弯曲方式包括：将金属基材1以渐开线形弯曲，以卷绕形成多层的螺旋结构，并使限定空间3为螺旋形。具体地，将金属基材1的一端固定于渐开线形模具的基圆，另一端沿渐开线形模具弯曲，从而形成螺旋结构，并具有螺旋形的限定空间3。

在步骤S3中，包括循环进行的下列步骤：

S3.1，向限定空间3注入设定厚度的铜液。铜液的厚度为0.01-0.1mm，该厚度的铜液既能够起到较好的间隔效果，有利于后续第二石墨烯层32的分隔，以便于形成立体网状结构；同时，铜液的量较少、厚度较薄，铜液的热量易于散发，不容易破坏原有金属基材1和石墨烯层。

S3.2，第一次通入冷却气体，以降低铜液和金属基材1的温度。冷却气体的温度为500-800℃，通气量为300-400sccm，通气时间为20-80s。经过冷却，作为金属基材1的铜箔不容易在铜液的高温影响下被熔破，保证金属基材1的连续性和整体结构强度；并且，由于石墨烯层的沉积的较优温度为1060℃，铜箔被降温后其温度低于该较优温度，能够阻碍铜箔表面的第一石墨烯层2上再沉积形成石墨烯层，避免铜箔的表面因多次气相沉积累积过厚的石墨烯层并形成石墨，以免影响石墨烯的分布均匀性，进而避免最终影响石墨烯导体的导电性。

S3.3，通入含碳气体，以沉积形成覆盖铜液液面的第二石墨烯层32，使第二石墨烯层32与第一石墨烯层2相连。含碳气体的温度为1000-1100℃，第二石墨烯层32的厚度为3-5层。

S3.4，第二次通入冷却气体，再次降低铜液和金属基材1的温度。冷却气体的温度为500-800℃，通气量为300-400sccm，通气时间为20-80s。第二次通入冷却气体，能够进一步降低铜液、铜箔的温度，促进铜液固化，并提前散热，为下一次注入铜液做准备，避免热量过度集中。

在步骤S3中，通过循环进行步骤S3.1-S3.4，铜液与石墨烯以少量多次的形式反复交叠成型，得石墨烯的分布更均匀，铜液与石墨烯的结合更紧密。

实施例5

在步骤S2中，渐开线形模具被设置为包括多个导向管7，多个导向管7的轴心连线形成渐开线形的螺旋结构，将金属基材1沿多个导向管7弯曲以卷绕并形成限定空间3和间隔空间4。

石墨烯导体的制备方法还包括：

在步骤S2中，在模具内排布多个导向管7，使多个导向管7的轴心连线形成渐开线形的螺旋结构，将铜箔沿多个导向管7弯曲以卷绕并形成限定空间3。

在步骤S3过程中向导向管7内通入冷却气体，在步骤S3完成后拔出导向管7并形成预留冷却孔5。

以及，石墨烯导体的制备方法还包括：

S5，向预留冷却孔5内通入含碳气体，以在预留冷却孔5的内壁形成第四石墨烯层51。

S6，向预留冷却孔5内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第五石墨烯层53，使第五石墨烯层53与第四石墨烯层51相连。具体步骤可参照步骤S3.1-S3.4，在此不再详述。

实施例6

模具的基圆可以为金属基柱6（例如铜柱），金属基柱6的表面沉积第六石墨烯层61，并在加工结束后保留在石墨烯导体的内部，作为石墨烯导体的一部分。

石墨烯导体的制备方法还包括：

在步骤S1中，在金属基柱6的表面沉积第六石墨烯层61。

在步骤S2中，将金属基柱6设置在模具的基圆位置，将金属基材1的一端固定于渐开线形模具的基圆，另一端沿渐开线形模具弯曲（例如沿多个导向管7弯曲），从而形成螺旋结构，并形成螺旋形的限定空间3。

在一些实施例中，金属基柱6具有轴心通孔（例如金属基柱6为铜管），石墨烯导体的制备方法还包括：

S7，向轴心通孔内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第七石墨烯层63，使第七石墨烯层63与第六石墨烯层61相连。具体步骤可参照步骤S3.1-S3.4，在此不再详述。

实施例7

当金属基材1包括多个金属基层时，制备方法包括：

S1，在每个金属基层的两侧表面沉积第一石墨烯层2。每个金属基层的加工方法可参照S1.1和S1.2。

S2，使多个金属基层以第二间距L2间隔设置，并将每个金属基层以第一间距L1渐开线形弯曲，使金属基材1整体卷绕形成螺旋形的限定空间3，并在相邻的两个基层之间形成螺旋形的间隔空间4。

其中，模具的多个导向管7被设置为，轴心连线形成n个渐开线形的螺旋结构，以分别用于引导n个金属基层成型。n为金属基材1所包含的多个金属基层的层数。

在步骤S3中,向限定空间3、间隔空间4均进行：分多次注入金属导体熔融液，并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体。

具体地，步骤S3还包括：

S3.5，在向限定空间3内分多次注入金属导体熔融液并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体的过程中，向间隔空间4通入冷却气体；

S3.6，向间隔空间4内分多次注入第二设定厚度的金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第三石墨烯层42，使第三石墨烯层42与第一石墨烯层2相连。具体步骤可参照步骤S3.1-S3.4，在此不再详述。其中，第二设定厚度与第一设定厚度不同，以使得第二石墨烯层32与第三石墨烯层42错开。

本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种石墨烯导体，其特征在于，包括：

金属基材，形成沿第一方向延伸的限定空间；

第一石墨烯层，设置在所述金属基材的表面，且至少覆盖所述限定空间的内壁；

多个第一金属导体层，设置在所述限定空间内；

多个第二石墨烯层，设置在所述限定空间内；

其中，所述多个第一金属导体层与所述多个第二石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第二石墨烯层均与所述第一石墨烯层相连以形成立体网状结构。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述金属基材为片状，片状的所述金属基材以第一间距卷绕形成等距渐开线形螺旋结构，并形成螺旋形的所述限定空间。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述第一间距为2-100mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述金属基材包括间隔层叠设置的多个金属基层，每个所述金属基层的表面均覆盖有所述第一石墨烯层，相邻两个所述金属基层之间形成沿所述第一方向延伸的间隔空间；

所述石墨烯导体还包括：

多个第二金属导体层，设置在所述间隔空间内；

多个第三石墨烯层，设置在所述间隔空间内；

其中，所述多个第二金属导体层与所述多个第三石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第三石墨烯层均与所述第一石墨烯层相连。

5.根据权利要求4所述的一种石墨烯导体，其特征在于，沿所述第一方向，所述多个第二石墨烯层与所述多个第三石墨烯层错开。

6.根据权利要求4所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述多个金属基层以第二间距间隔层叠设置，所述第二间距为1-12mm。

7.根据权利要求4所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述限定空间和/或所述间隔空间内设有沿所述第一方向延伸的预留冷却孔；

所述石墨烯导体还包括：

第四石墨烯层，覆盖所述预留冷却孔的内壁，以与所述第一石墨烯层、所述第二石墨烯层、所述第一金属导体层相连；

多个第三金属导体层，设置在所述预留冷却孔内；

多个第五石墨烯层，设置在所述预留冷却孔内；

其中，所述多个第三金属导体层与所述多个第五石墨烯层沿所述第一方向依次交叉层叠，所述多个第五石墨烯层均与所述第四石墨烯层相连。

8.根据权利要求7所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述第五石墨烯层相对所述第二石墨烯层、所述第三石墨烯层沿所述第一方向错开。

9.根据权利要求1所述的一种石墨烯导体，其特征在于，所述石墨烯导体还包括：

金属基柱，所述金属基材绕所述金属基柱卷绕成型并形成所述限定空间；

第六石墨烯层，覆盖所述金属基柱的表面。

10.根据权利要求1所述的一种石墨烯导体，其特征在于，每个金属导体层的厚度为0.01-0.1mm；每个石墨烯层的厚度为3-6层。

11.一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，包括：

S1，在金属基材的两侧表面沉积第一石墨烯层；

S2，将金属基材弯曲，并形成沿第一方向延伸的限定空间；

S3，向所述限定空间内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第二石墨烯层，使所述第二石墨烯层与所述第一石墨烯层相连。

12.根据权利要求11所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，步骤S3包括循环进行的下列步骤：

S3.1，向所述限定空间注入第一设定厚度的金属导体熔融液；

S3.2，第一次通入冷却气体，以降低所述金属导体熔融液和所述金属基材的温度；

S3.3，通入含碳气体，以沉积形成覆盖金属导体熔融液液面的所述第二石墨烯层，使所述第二石墨烯层与所述第一石墨烯层相连；

S3.4，第二次通入冷却气体，再次降低所述金属导体熔融液和所述金属基材的温度。

13.根据权利要求12所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3.2和S3.4中，所述冷却气体的温度为500-800℃，通气量为300-400sccm，通气时间为20-80s。

14.根据权利要求12所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3.3中，所述含碳气体的温度为1000-1100℃，所述第二石墨烯层的厚度为3-5层。

15.根据权利要求11所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，将金属基材以渐开线形弯曲，以卷绕形成多层的螺旋结构，并使所述限定空间为螺旋形。

16.根据权利要求11-15任一项所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，所述金属基材包括多个金属基层；

在所述步骤S1中，在每个所述金属基层的两侧表面沉积第一石墨烯层；

在所述步骤S2中，使所述多个金属基层间隔设置，并将每个所述金属基层以渐开线形弯曲，以使所述金属基材整体卷绕形成螺旋形的所述限定空间，并在相邻的两个基层之间形成螺旋形的间隔空间；

在所述步骤S3中,向所述限定空间、所述间隔空间均进行：分多次注入金属导体熔融液，并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体。

17.根据权利要求16所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，步骤S3包括：

S3.5，在向所述限定空间内分多次注入所述第一设定厚度的金属导体熔融液并在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体的过程中，向所述间隔空间通入冷却气体；

S3.6，向所述间隔空间内分多次注入第二设定厚度的金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第三石墨烯层，使所述第三石墨烯层与所述第一石墨烯层相连；所述第二设定厚度与所述第一设定厚度不同。

18.根据权利要求16所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，排列设置多个导向管，所述多个导向管的轴心连线形成渐开线形的螺旋结构，将所述金属基材沿所述多个导向管的排列方向弯曲以卷绕并形成所述限定空间和所述间隔空间；

所述石墨烯导体的制备方法还包括：

在步骤S3过程中向所述导向管内通入冷却气体，在步骤S3完成后拔出所述导向管并形成预留冷却孔；

S4，向预留冷却孔内通入含碳气体，以在所述预留冷却孔的内壁形成第四石墨烯层；

S5，向所述预留冷却孔内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第五石墨烯层，使所述第五石墨烯层与所述第四石墨烯层相连。

19.根据权利要求18所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，设置金属基柱作为所述金属基材以渐开线形弯曲的基圆；

在步骤S1中同时对所述金属基柱的表面沉积第六石墨烯层。

20.根据权利要求19所述的一种石墨烯导体的制备方法，其特征在于，所述金属基柱具有轴心通孔，在步骤S1中，在所述金属基柱的内外表面均沉积第六石墨烯层；

所述石墨烯导体的制备方法还包括：

S6，向所述轴心通孔内分多次注入金属导体熔融液，在每次注入金属导体熔融液后通入含碳气体以沉积形成覆盖液面的第七石墨烯层，使所述第七石墨烯层与所述第六石墨烯层相连。