本发明属于电工材料，具体涉及一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、铜由于具有优异的导电、导热性能以及良好的塑性，是当前电力系统中应用最为广泛的导体材料。但现有铜材的导电性大多难以较好满足电工装备低损耗、高安全可靠性的长期服役要求。
2、石墨烯铜基复合材料充分利用了石墨烯具有高导电率、高强度、高热稳定性等本征性能，将其高载流子迁移率的优势与铜的高载流子浓度的优势相结合。目前石墨烯铜的制备方法主要包括高能球磨法、化学气相沉积，电解共沉积法，粉末冶金法等。
3、但传统的高能球磨法高强度的机械搅拌会破坏石墨烯结构，粉末冶金法无法解决石墨烯的均匀分散问题，电解共沉积法易受电流密度，溶质分散均匀性影响，石墨烯与铜层之间的结合力较差，同时化学气相法也难以在铜基底上获得高质量的石墨烯，从而导致石墨烯铜基的导电性能相较于铜的提升效果较差。
技术实现思路
1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中石墨烯铜基复合材料导电性能较低，从而提供一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法。
2、为此，本发明提供了以下技术方案。
3、第一方面，本发明提供了一种石墨烯铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1、采用铜镍合金作为靶材，通过磁控溅射在衬底上制备cu/ni基底；
5、所述铜镍合金中镍的质量含量为0.01～0.1％，余量为cu和不可避免杂质；
6、步骤2、采用化学气相沉积在所述cu/ni基底表面制备石墨烯薄膜，获得片状复合材料。
7、进一步的，还包括步骤3、将多层所述片状复合材料叠片后进行热压，获得石墨烯铜基块体。
8、进一步的，所述cu/ni基底的厚度为100nm～300nm；
9、所述石墨烯薄膜的厚度为0.5nm～2nm。
10、进一步的，所述步骤1中的磁控溅射满足以下条件中的至少一项：
11、(1)靶材的直径为180～220mm，厚度为2～4mm，靶材到衬底的距离为10～14cm；
12、(2)磁控溅射的工作气体为ar，流量28～32sccm，溅射功率180～220w，溅射气压为1～3pa，溅射时间为60min～120min；
13、(3)磁控溅射的真空室中的真空度不大于10-4pa；
14、(4)工作气体的纯度在99.999％以上。
15、进一步的，所述步骤2中的化学气相沉积的条件为：在900～950℃下，通入碳源和氢气，碳源流量为30～50sccm，氢气流量为20～40sccm，保温3～5min后，停止通入碳源；然后通入氩气和氢气，氩气流量为150～250sccm，氢气流量为80～120sccm，并以8～12℃/min的速率降温。
16、进一步的，采用化学气相沉积在所述cu/ni基底表面制备石墨烯薄膜前，还包括将对所述cu/ni基底进行预处理；对所述cu/ni基底进行预处理包括在600～700℃下保温10～20min。
17、优选的，所述预处理的气氛为惰性气体和氢气的混合气体；
18、更优选的，惰性气体的流量为150～250sccm，氢气的流量为80～120sccm；
19、更优选的，所述惰性气体为氩气。
20、进一步的，所述热压压力30mpa～50mpa，温度850-1020℃，时间0.5h～2h。
21、进一步的，所述碳源包括甲烷、乙炔或乙烯中的至少一种。
22、进一步的，在步骤1前还包括对衬底进行预处理：用丙酮、无水乙醇及去离子水依次对衬底进行超声清洗30min～60min，用干燥氩气吹干。
23、第二方面，本发明提供了一种根据所述方法制得的石墨烯铜基复合材料。
24、在一种可能的设计中，对cu/ni基底的预处理步骤包括：通入惰性气体及氢气，流量分别为150～250sccm，80～120sccm，惰性气体为氩气，将cu/ni基底在600～700℃下保温10～20min，此处理步骤使铜基体上掺杂的ni充分互溶，升温速率为10～15℃/min。
25、对cu/ni基底进行预处理后，将其快速升温(50～60℃/min)至900～950℃。
26、可经后续机加工成型，获得所需形状材料。
27、本发明技术方案，具有如下优点：
28、1.本发明石墨烯铜基复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤1、采用铜镍合金作为靶材，通过磁控溅射在衬底上制备cu/ni基底；所述铜镍合金中镍的质量含量为0.01～0.1％，余量为cu和不可避免杂质；步骤2、采用化学气相沉积在所述cu/ni基底表面制备石墨烯薄膜，获得片状复合材料。
29、通过采用铜镍合金靶材，以磁控溅射工艺制备的超薄ni掺杂铜箔作为生长石墨烯的基底。过渡金属因为具有部分填充的d轨道，能形成可吸附和活化反应介质的中间产物而表现出良好的催化活性。d轨道的填充情况也决定了金属与碳的相互作用强弱。ni的d轨道介于fe和cu之间，催化活性高于cu，在cu/ni中掺杂的ni不仅保持了自身的催化活性，而且在甲烷离解过程中提高了相邻表面cu原子的活性，从而提高了石墨烯的生长速率，有助于生成大尺寸完整度较高的石墨烯层。且不会像fe一样容易形成碳化物，在降温过程中，碳在ni金属中的溶解度降低，于是在ni金属表面析出大量的碳原子，进而形成石墨烯。
30、本发明铜镍合金中镍的质量含量为0.01～0.1％，余量为cu和不可避免杂质。若镍含量相对较高，其较高的溶碳性导致生成的石墨烯多为不均匀的多层石墨烯，且铜镍合金的电阻率较高，若ni含量过高将大幅度降低铜基体的电导率，难以获得高导电性能的石墨烯铜基复合材料。ni含量在本发明限定的范围内，可降低石墨烯生长时间、提高制得的石墨烯的质量，并尽可能避免对基底导电性的不利影响，综合条件下使得石墨烯铜基复合材料具有较高的导电性。
31、同时市面的铜箔厚度在5um左右，难以获得超薄铜箔基体。本发明通过超高真空磁控溅射获得微量镍原子掺杂的超薄铜箔，在保留ni原子高催化活性的同时加快高质量石墨烯的生长速率，在不影响导电性能的前提下，优化石墨烯的生长质量与层数，获得高质量石墨烯包覆的铜材，提高石墨烯铜基复合材料的导电性，并经后续叠层热压与机加工获得所需的性能。
32、2.采用化学气相沉积在所述cu/ni基底表面制备石墨烯薄膜前，还包括将所述cu/ni基底在600～700℃下保温10～20min。使铜基体上掺杂的ni充分互溶，ni的充分互溶有助于提升其在铜基体中分散性能，避免ni在铜基体表面聚集导致出现石墨烯的缺陷；利用ni原子催化石墨烯生长的高活性，缩短生长时间，获得石墨烯在cu/ni基底表面均匀分布的高质量的石墨烯铜基复合材料。
1.一种石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤3、将多层所述片状复合材料叠片后进行热压，获得石墨烯铜基块体。
3.根据权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述cu/ni基底的厚度为100nm～300nm；
4.根据权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的磁控溅射满足以下条件中的至少一项：
5.根据权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的化学气相沉积的条件为：在900～950℃下，通入碳源和氢气，碳源流量为30～50sccm，氢气流量为20～40sccm，保温3～5min后，停止通入碳源；然后通入氩气和氢气，氩气流量为150～250sccm，氢气流量为80～120sccm，并以8～12℃/min的速率降温。
6.根据权利要求1-5任一项所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积在所述cu/ni基底表面制备石墨烯薄膜前，还包括将对所述cu/ni基底进行预处理；
7.根据权利要求1所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述热压压力30mpa～50mpa，温度850～1020℃，时间0.5h～2h。
8.根据权利要求5所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳源包括甲烷、乙炔或乙烯中的至少一种。
9.根据权利要求1-5任一项所述的石墨烯铜基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1前还包括对衬底进行预处理：用丙酮、无水乙醇及去离子水依次对衬底进行超声清洗30min～60min，用干燥氩气吹干。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述方法制得的石墨烯铜基复合材料。
