本技术涉及导体材料，具体而言，涉及一种石墨烯金属复合导体及其制备方法和应用。
背景技术：
1、石墨烯具有高导电、高导热、高强度、高柔韧度、化学惰性强，优良的气体阻隔性等优异性能，在各个领域应用广泛，尤其是导体技术领域，石墨烯可显著提高金属(例如，铜、铜合金等)的导电性能。
2、常用的金属如铜粉体，通常为各种不规则形状，包括树枝状、棒状或含有各种凸起或凹槽的类球形等不规则形状，目前通常将这些不同形状的粉体混合，通过热压等方式，迫使粉体发生形变最终形成所需成品，但导体成品内部起到导电作用的依然为这些不规则粉体单元，且每个粉体单元因形状不同，其内部电子排序不同，导致粉体与粉体间导电排序也不同，有些粉体的排列不仅不能起到很好的导电作用，还会将因其排序产生的磁场阻碍电子传送，导致周围粉体导电性能下降。
3、目前的加工方式虽然揭示了通过电场的方式驱动铜粉按照导电方向有序排列，但铜粉本身密度较大，加上铜粉表面的石墨烯的影响，导致电场驱动力无法满足铜粉克服自身重力和周边阻力的需求，难以实现按照导电方向有序排列，石墨烯的加入对导体整体导电性能提升有限。因此，如何实现将金属粉体按照导电方向有序排列，使导体成品的导电性进一步改善，仍是本领域的重点研究方向之一。
技术实现思路
1、本技术旨在提供一种石墨烯金属复合导体及其制备方法和应用，以提升石墨烯金属复合导体的导电性。
2、本技术的实施例是这样实现的：
3、第一方面，本技术实施例提供一种石墨烯金属复合导体的制备方法，包括：
4、s1、提供金属粉体；
5、s2、在所述金属粉体的表面包覆氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物，得到第一复合导体前驱体；
6、s3、将所述第一复合导体前驱体铺设于模具中，交替向所述第一复合导体前驱体施加磁场和电场，且首先施加磁场、最后施加电场，得到第二复合导体前驱体；
7、s4、在第一温度下加热所述第二复合导体前驱体，降温后通入酸溶液，然后洗涤并烘干，得到复合导体预制体；
8、s5、将复合导体预制体进行热压处理，得到复合导体。
9、在本技术的一种实施例中，在步骤s1中，提供的所述金属粉体包括以下特征中的至少一个：
10、(1)所述金属粉体包括铜、银、铜合金、银合金中的至少一种；
11、(2)所述金属粉体的粒径为10-100μm；
12、(3)所述金属粉体的形状包括树枝状、棒状、片状、立方状、球状、近球状中的至少一种。
13、在本技术的一种实施例中，步骤s2中所采用的氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物采用以下步骤制得：
14、将氧化石墨烯溶于水并分散均匀，得到氧化石墨烯水溶液；
15、将磁性金属盐溶于水，得到磁性金属盐溶液；
16、将所述磁性金属盐溶液加入所述氧化石墨烯水溶液，搅拌并调节ph值，得到碱性混合液；
17、将所述碱性混合液在第二温度下加热，得到不溶物，在第三温度下加热所述不溶物，得到氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物。
18、在本技术的一种实施例中，包括以下特征中的至少一个：
19、(1)所述氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的浓度为0.01-0.05g/ml；
20、(2)所述磁性金属盐溶液中磁性金属盐的浓度为0.3-1mmol/l；
21、(3)所述磁性金属盐包括乙酸镍、氯化镍、乙酸铁、氯化铁中的至少一种；
22、(4)所述碱性溶液的ph值为10-12；
23、(5)所述第二温度为80-120℃；
24、(6)将所述碱性混合液在第二温度下加热10-12h；
25、(8)所述第三温度为200-300℃；
26、(9)在所述第三温度下加热所述不溶物10-14h；
27、(10)在所述第三温度下加热所述不溶物的环境为：空气环境。
28、在本技术的一种实施例中，步骤s2包括：
29、将金属粉体置于阳离子表面活性剂溶液中，再添加氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物进行混合，并在第四温度下加热，蒸发得到第一复合导体前驱体。
30、在本技术的一种实施例中，步骤s2包括以下特征中的至少一个：
31、(1)所述阳离子表面活性剂包括烷基吡啶盐、伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐、季铵盐中的至少一种；
32、(2)所述阳离子表面活性剂的质量浓度为0.2-0.5％；
33、(3)所述金属粉体的添加量为0.05-0.5g/ml；
34、(4)所述氧化石墨烯-磁性金属氧化物的添加量为(0.1-1)×10-3g/ml；
35、(5)所述第四温度为80-100℃；
36、(6)在第四温度下加热的时间为6-12h。
37、在本技术的一种实施例中，步骤s3包括以下特征中的至少一个：
38、(1)所述第一复合导体前驱体的铺设厚度为0.05-50μm；
39、(2)交替多次向所述第一复合导体前驱体施加磁场和电场；
40、(3)在向所述第一复合导体前驱体施加磁场和电场时，至少在最后施加电场；
41、(4)所施加的磁场的强度为5-100t；
42、(5)每次施加磁场的时间为0.5-2min；
43、(6)所施加的电场的强度为150-300v/cm；
44、(7)施加电场的时间为1-3min。
45、在本技术的一种实施例中，向所述第一复合导体前驱体施加磁场的方式，包括：
46、将所述第一复合导体前驱体铺设于模具中并作为磁芯，采用线圈环绕所述磁芯，使所述线圈通电，从而产生感应磁场。
47、在本技术的一种实施例中，向所述线圈通入直流电或交流电。
48、在本技术的一种实施例中，向所述第一复合导体前驱体施加电场的方式，包括：
49、对所述模具施加电场。
50、在本技术的一种实施例中，在步骤s4中包括以下特征中的至少一个：
51、(1)所述第一温度为980-1050℃；
52、(2)在所述第一温度下加热的时间为6-12h；
53、(3)以8-12℃/min速率降至室温；
54、(4)通入酸溶液后反应6-12h；
55、(5)所述酸溶液为1％-3％浓度的稀盐酸。
56、在本技术的一种实施例中，在步骤s4中，在惰性气体氛围、并通入氢气的条件下，进行“在第一温度下加热所述第二复合导体前驱体”。
57、在本技术的一种实施例中，在步骤s4中，在洗涤并烘干后，在惰性气体氛围、并通入氢气的条件下，再次在第一温度下加热所述复合导体预制体。
58、在本技术的一种实施例中，在步骤s4之后且在步骤s5之前，在第五温度下，采用pecvd工艺对复合导体预制体表面的石墨烯层进行修复。
59、在本技术的一种实施例中，所述第五温度为500-550℃。
60、在本技术的一种实施例中，在步骤s5中，包括以下特征中的至少一个：
61、(1)热压处理的温度为800-950℃；
62、(2)热压处理的压力为200-1200kn；
63、(3)热压处理的时间为20-50min。
64、第二方面，本技术实施例提供一种石墨烯金属复合导体，其采用第一方面中任一项所述的石墨烯金属复合导体的制备方法制备，所述石墨烯金属复合导体包括若干金属粉体，所述金属粉体的表面包覆有石墨烯层，且若干所述金属粉体按照导电方向有序排列。
65、在本技术的一种实施例中，所述金属粉体包括以下特征中的至少一个：
66、(1)所述金属粉体包括铜、银、铜合金、银合金中的至少一种；
67、(2)所述金属粉体的粒径为10-100μm；
68、(3)所述金属粉体的形状包括树枝状、棒状、片状、立方状、球状、近球状中的至少一种。
69、第三方面，本技术实施例提供一种第二方面中所述的石墨烯金属复合导体作为电线、电缆、电接触头或电池连接件的应用。
70、有益效果：
71、本技术提供的石墨烯金属复合导体，其中石墨烯包覆金属粉体并填充在各金属粉体之间，整体结构稳定、石墨烯含量高且分布均匀，同时金属粉体按照导电方向有序排列，通电时各金属粉体的磁场不易相互排斥，具有高导电性的特点。
72、本技术提供的制备方法，通过在金属粉体的表面包覆软磁性石墨烯粉体，即包覆氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物，将金属粉体制成第一复合导体前驱体，按照一定厚度铺设第一复合导体前驱体后，先施加磁场，利用磁场将第一复合导体前驱体磁化，并使第一复合导体前驱体在磁场的强作用力下按照导磁性有序排列，实现大角度调整位置，再施加电场进一步驱动磁化的第一复合导体前驱体调整位置，实现按照导电方向有序排列。各种不规则铜粉按照导电方向有序排列后，通过高温、酸反应等手段去除铜粉表面磁性金属氧化物，同时氧化石墨烯也在高温下原位还原形成石墨烯层，得到含有石墨烯包覆的、且按导电方向有序排列的金属粉体。最后将铺设好、排列好、包覆有石墨烯的金属粉体进行热压，得到高导电性的复合导体成品。
73、其中，先将氧化石墨烯溶液与磁性金属氧化物溶液充分分散并均匀混合后，在强碱性溶液中、恒温加热条件下析出不溶物，并将得到的不溶物质持续加热，使氧化石墨烯与充足的磁性金属氧化物充分反应，得到氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物，该复合物中，氧化石墨烯的含氧官能团均能与磁性金属氧化物结合，将该复合物包覆于铜粉体表面时，氧化石墨烯、磁性金属氧化物在铜粉体表面的分布均匀性较高。在一方面，氧化石墨烯在铜粉体表面原位还原为石墨烯后，石墨烯层的厚度相对均匀，即使存在部分缺陷，也能使石墨烯层的网状结构相对较好；在另一方面，铜粉体的各部分在磁场中的受力较均匀，有利于排序；并且，磁性金属氧化物的粒度较小，易于通过高温和酸反应快速去除，去除后对石墨烯层的网状结构影响较小。
74、另外，氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物在阳离子表面活性剂作用下吸附在金属粉体表面，再在第四温度下恒温加热，金属粉体与氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物不仅依靠阳离子表面活性剂吸附结合在一起，同时氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物与金属粉体之间形成化学键，例如，金属粉体为铜时，铜与氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物上的羧基在第四温度下形成铜-氧-碳键，使得氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物更稳定的吸附至金属粉体表面。通过构造氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物与金属粉体之间的稳定连接，令均匀地包覆有氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物的金属粉体整体相当于磁性物质，是金属粉体响应磁场强作用、实现大角度调整位置的基础。
1.一种石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤s1中，提供的所述金属粉体包括以下特征中的至少一个：
3.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中所采用的氧化石墨烯-磁性金属氧化物的复合物采用以下步骤制得：
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下特征中的至少一个：
5.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
6.根据权利要求5所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下特征中的至少一个：
7.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下特征中的至少一个：
8.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，向所述第一复合导体前驱体施加磁场和电场，包括：
9.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤s4中包括以下特征中的至少一个：
10.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，在所述步骤s4中，在第一温度下加热所述第二复合导体前驱体，包括：
11.根据权利要求1或10所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：
12.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
13.根据权利要求12所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于,所述第五温度为500-550℃。
14.根据权利要求1所述的石墨烯金属复合导体的制备方法，其特征在于,在所述步骤s5中，包括以下特征中的至少一个：
15.一种石墨烯金属复合导体，其特征在于，采用权利要求1-14任一项所述的石墨烯金属复合导体的制备方法制备，所述石墨烯金属复合导体包括若干金属粉体，所述金属粉体的表面包覆有石墨烯层，且若干所述金属粉体按照导电方向有序排列。
16.根据权利要求15所述的一种石墨烯金属复合导体，其特征在于，所述金属粉体包括以下特征中的至少一个：
17.一种权利要求15或16所述的石墨烯金属复合导体作为电线、电缆、电接触头或电池连接件的应用。
