人們迫切需要高效率的導體，因為它們能在廣泛的應用中帶來更高的工作性能和更少的能源消耗。然而，傳統導體的導電性能的改善是有限的，如金屬的提純和單晶生長。這里，通過在金屬(銅、鋁、銀)中嵌入石墨烯，克服了石墨烯中載流子遷移率與載流子密度之間的權衡，通過精細的界面設計和形態控制，同時實現高的電子遷移率與高的電子密度。因此，在這種嵌有石墨烯的材料中，最高導電率比記錄的最高導電率高出三個數量級(Cu高出3000多倍)。使用石墨烯作為增強材料，在極低體積石墨烯含量(體積分數僅為0.008%)的石墨烯/Cu復合材料中，其電導率高達國際退火銅標準的117%，明顯高于Ag的電導率。該研究結果對于提高金屬在電氣和電子中的應用效率和節能具有重要意義，并且對于石墨烯中電子行為的基礎研究也具有重要意義。
Figure 1 CVD法石墨烯制備Gr/Cu復合材料。a-c)多層復合材料的堆積方法。d) Cu/Gr層/Cu界面結構示意圖。e,f)石墨烯沉積前后Cu箔的EBSD圖。g) Cu/Gr/Cu界面的TEM圖。
Figure 2 大面積和納米尺度的電導率測量。a)Cu層厚度為9和25 µm的Gr/Cu多層復合材料的電導率。b) Gr/Cu多層復合材料中納米級的PF-AFM映射電流示意圖。c) 30 µm×30 µm Cu/Gr/Cu界面區域的映射圖。
Figure 3不同基質Gr/Cu復合材料中沿界面區域的電流流動：a)多晶Cu，b) Cu(111)單晶和c) Cu(100)單晶。
Figure 4 石墨烯層數對電導率的影響。a)通過CVD工藝沉積在銅箔上的石墨烯的拉曼光譜，層數范圍為1到10。b)在30 µm×30 µm區域中沉積石墨烯的2D峰與G峰的強度比(I2D/IG)的等高線圖。c)不同石墨烯層數Gr/Cu復合材料中電流的比較。
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Figure 5第一原理計算。a,b) Cu/雙層-Gr/Cu復合材料的模型系統。c)電子頻帶結構。d)摻雜石墨烯的狀態密度。
相關研究成果于2019年由上海交通大學張荻課題組，發表在Adv. Funct. Mater. (
https://doi.org/10.1002/adfm.201806792)上。原文：Ultrahigh Electrical Conductivity of Graphene Embedded in Metals
