人们迫切需要高效率的导体，因为它们能在广泛的应用中带来更高的工作性能和更少的能源消耗。然而，传统导体的导电性能的改善是有限的，如金属的提纯和单晶生长。这里，通过在金属(铜、铝、银)中嵌入石墨烯，克服了石墨烯中载流子迁移率与载流子密度之间的权衡，通过精细的界面设计和形态控制，同时实现高的电子迁移率与高的电子密度。因此，在这种嵌有石墨烯的材料中，最高导电率比记录的最高导电率高出三个数量级(Cu高出3000多倍)。使用石墨烯作为增强材料，在极低体积石墨烯含量(体积分数仅为0.008%)的石墨烯/Cu复合材料中，其电导率高达国际退火铜标准的117%，明显高于Ag的电导率。该研究结果对于提高金属在电气和电子中的应用效率和节能具有重要意义，并且对于石墨烯中电子行为的基础研究也具有重要意义。
 
 
Figure 1 CVD法石墨烯制备Gr/Cu复合材料。a-c)多层复合材料的堆积方法。d) Cu/Gr层/Cu界面结构示意图。e,f)石墨烯沉积前后Cu箔的EBSD图。g) Cu/Gr/Cu界面的TEM图。
 
 
Figure 2 大面积和纳米尺度的电导率测量。a)Cu层厚度为9和25 µm的Gr/Cu多层复合材料的电导率。b) Gr/Cu多层复合材料中纳米级的PF-AFM映射电流示意图。c) 30 µm×30 µm Cu/Gr/Cu界面区域的映射图。
 
 
 
Figure 3不同基质Gr/Cu复合材料中沿界面区域的电流流动：a)多晶Cu，b) Cu(111)单晶和c) Cu(100)单晶。
 
 
Figure 4 石墨烯层数对电导率的影响。a)通过CVD工艺沉积在铜箔上的石墨烯的拉曼光谱，层数范围为1到10。b)在30 µm×30 µm区域中沉积石墨烯的2D峰与G峰的强度比(I2D/IG)的等高线图。c)不同石墨烯层数Gr/Cu复合材料中电流的比较。
 
 
Figure 5第一原理计算。a,b) Cu/双层-Gr/Cu复合材料的模型系统。c)电子频带结构。d)掺杂石墨烯的状态密度。
 
     相关研究成果于2019年由上海交通大学张荻课题组，发表在Adv. Funct. Mater. (https://doi.org/10.1002/adfm.201806792)上。原文：Ultrahigh Electrical Conductivity of Graphene Embedded in Metals