12月4日，在由国家精密微特电机工程技术研究中心、上海有色网信息科技股份有限公司、宁波招宝磁业有限公司、浙江电驱动创新中心主办的IEMC 2024SMM（第四届）电机年会暨产业链博览会——电机创新原材料论坛上，中车工业研究院（青岛）有限公司副院长章潇慧对石墨烯铜基复合材料在电机领域的应用进行了分享。
牵引电机技术发展现状
铜主要消费领域
中国铜加工材2023年产量为2085万吨，同比增加3.0%， 所有分品种铜加工材产量均有不同程度的增幅。
高导电铜的发展回顾
高导电铜基材料研究现状
►高导电的基础理论
纯化和单晶化分别克服了杂质和铜晶界对电子迁移率影响，提升铜的电导率。
提高铜电导率的策略
我们提高铜电导率的策略
策略IV：高迁移率、高定向石墨烯作为高电子浓度铜的快速导电通道。
优势：石墨烯薄膜同时满足高迁移率和高定向，具备工程化优势。
超级铜的发展现状
一、超级铜的组分设计准则
►CVD热压复合工艺 – 我们的选择
化学气相沉积⇒致密化组装⇒高取向有序分布
►总体研究思路
基于前期的结构解析，建立了超级铜的功能基元，并确定了三个关键结构因子。
►石墨烯分布结构解析
通过化学湿法刻蚀和分子动力学模拟，证实了复合成型中石墨烯断裂形成了高定向、“准连续”分布。
►铜晶向的一致性控制
结合XRD和EBSD表征，证实了加工成型中石墨烯与铜的强界面耦合诱导铜基体发生（111）取向一致转变。
►铜/石墨烯界面氧对性能影响
通过不同工艺（放电等离子体烧结vs 热压烧结）的氧含量分析以及界面间距的表征，结合理论计算，证明含氧界面会费米能级态密度N(EF)降低并形成C-O-C共价结合，不利于电子传输，需要在加工中避免。
二、超级铜的性能
►超高的导电性能
►超级铜的交流导电探索
⚫ 趋肤效应：导体中有高频交流电通过时，电流密度在导体截面上分布不均匀，集中在导体表层，导电路径上的横截面积减小。
⚫ 邻近效应：高频电流在多个相邻导体中流动时，导体间的磁场相互作用导致电流分布发生变化。
⚫ 涡流损耗：导体在外部磁场下产生涡流，影响电流在导电路径上的电流密度分布。 针对导体交流损耗机理，结合超级铜的结构特性，利用高精度仿真建模分别针对三种损耗来源进行设计和优化。
►超级铜的交流导电探索—趋肤效应
超级铜和纯铜在20Hz-50MHz下电阻有明显差异。
►超级铜的交流导电探索—临近效应
为了进一步克服超级铜的高频临近效应，仿照利兹线的绞合设计，对超级铜的导线进行绞合优化设计，实现了电流的均质分布。
►超级铜的交流导电探索——涡流损耗
利用超级铜的各向异性的导电率（平行石墨烯更高，垂直石墨烯略低），结合磁场方向的选择，可以显著降低超级铜在交流导电中的涡流损耗。
►超级铜的导热性能探索
相比于纯铜，超级铜的热导率最高可达440W/mK，同时其热导率受到石墨烯间距和层间距的调控。
将超级铜应用于电流断路器，温升降低了3-7K，功率损耗降低了16%。
其还从优于纯铜的导热性能、与纯铜相当的机械性能、高低温下导电性能优异、大电流状态下性能稳定、可焊接等角度对超级铜的性能进行了阐述。
三、研发历程
历经7年时间，已从实验室走向工程化制造及应用阶段。
二代产线目标：面向牵引电机等的应用需求，实现高导电、长尺寸线材的制造。
其还阐述了团队介绍、研发历程、超级铜第一代技术制造——产品、超级铜第二代技术制造——产品等内容。
超级铜的应用
三、项目支持
轨道交通上的应用
其对超级铜在轨道打磨车电机和高速列车牵引电机的应用进行了阐述。
新能源汽车上的应用
其对超级铜在新能源汽车电驱应用和新能源电控应用进行了分享。
问题与挑战
此外，其还对中车研究院的发展历程、组织架构、人才团队、主要业务和主要技术研究等进行了介绍。
本文来自上海有色网，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
