一种常见的碳化合物，当与铜以恰到好处的比例混合时，可以使电线具有出色的性能提升。 这种现象与金属导电性的传统观点背道而驰。
该研究结果发表在《材料与设计》杂志上，可能开辟了更高效配电的可能性，并有望改善驱动电动汽车和工业设备的电动机。 该团队已经为这项工作申请了专利，该专利得到了美国能源部（DOE）先进材料和制造技术办公室的支持。
美国能源部太平洋西北国家实验室的材料科学家Keerti Kappagantula及其同事发现，石墨烯是铅笔中石墨的单层结构，可以增强金属的一个重要特性，即电阻温度系数。
这一特性解释了为什么金属在导电时会产生热量。 研究人员希望降低这种电阻，同时提高金属的导电能力。 多年来，他们一直在想，他们是否可以通过添加其他材料来提高金属的导电性，尤其是在高温下。 如果是这样，这些复合材料是否能够应用于商业规模？
现在，他们已经证明他们可以做到这一点，使用Shape，一个由太平洋西北国家实验室获得专利的先进制造平台。
当研究团队在电工级铜中加入百万分之十八时，电阻的温度系数降低了11%，而室温下的电导率却没有降低。 这与电动汽车电机的制造有关，因为铜线绕组的电导率每增加 11%，电机效率就会提高 1%。
这一发现违反了金属被用作导体的普遍看法"“卡帕甘图拉说。 "一般来说，在金属中添加其他物质会增加其电阻温度系数，这意味着金属在相同的电流水平下升温更快。 我们描述了这种金属复合材料的新颖和令人兴奋的特性，观察到在制造铜线时导电性增加。 "
微观结构对于石墨烯的增强至关重要。
在此之前，研究团队进行了详细的结构和物理计算研究，以解释使用石墨烯提高金属导电性的现象。
在这项研究中，他们表明，用于挤出复合线的固相处理产生了均匀的、近乎无孔的微观结构，其中散布着微小的石墨烯薄片和团簇，这可能是复合材料电阻率降低的原因。
我们证明了薄片和团簇必须同时存在，才能在高温操作下产生更好的导体"“卡帕甘图拉说。
Bharat Gwalani、Xiao Li 和 Aditya Nittala 等合著者利用了太平洋西北国家实验室设计的测试台，该测试台以高精度和准确度测量了电性能，以验证改进的电导率，这反映在团队的详细实验分析中。 Li 和 MDReza-E-Rabby开发了用于固相摩擦挤出工艺的工具和工艺包络，这导致了专利的产生。
据研究团队称，这种新型铜在应用于任何工业应用时将提供极大的设计灵活性。
“哪里有电，哪里就有一席之地，”卡帕甘图拉说。 ”
例如，压接铜线的形式用于电动机和发电机的铁芯。 当今的电机设计为在有限的温度范围内运行，因为当它们变得太热时，电导率会急剧下降。 使用新的铜-石墨烯复合材料，电动机有望在更高的温度下运行而不会失去其导电性。
同样，将电力从输电线路输送到家庭和企业的电线通常由铜制成。 随着城市人口密度的增加，对电力的需求也在增加。 预计更多的导电复合生产线将有助于提高效率，以满足这一需求。
Kappagantula补充道：“这项技术是高密度城市环境中铜导体的绝佳解决方案。 ”
研究团队正在继续致力于定制铜石墨烯材料，并测量其他重要性能，如强度、疲劳、腐蚀和耐磨性，这些性能对于在工业应用中使用此类材料至关重要。 在这些实验中，研究小组制造了与美国便士厚度大致相同的电线（15 毫米）。
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