目前，对于大功率输电需求持续增长，比如在电动汽车、无人机、便携式设备，以及可部署的军事应用领域。这里，通过在微米直径的铜线上合成轴向连续石墨烯层，显著增强了其电子特性（电流密度击穿极限增加了450%）。为了证明其增强的潜在机制，表征了纯铜线和三种不同直径的轴向连续石墨烯-铜 (ACGC) 线的电子性质，同时控制实验条件，包括环境温度、气体和压力。研究表明，ACGC导线可以通过极大的电流(>400 000 A cm−2)，其主要机制包括：与纯铜线相比，连续的石墨烯层显著改善：1）表面散热 （高224%），2）电导率（高 41%），3）热稳定性 （在热循环后高达 450°C 其电阻率降低 41.2%）。此外，通过使用高速相机成像，与纯铜线相比，ACGC 线表现出非常不同的故障行为（接近电流密度极限）。
 
 
Figure 1. 铜和轴向连续石墨烯-铜(ACGC)线的微结构表征。a)ACGC电线示意图。b) 铜线上不同石墨烯生长条件下的拉曼光谱。c)EBSD显微镜图像。d）不同样品的SEM图像。注意，退火和生长石墨烯后，铜线的直径减小。
 
 
Figure 2. 原始获得的(AR-Cu), 退火处理后 (A-Cu), 和 ACGC 导线（不同直径）的尺寸和温度相关的电子特性。a）与尺寸相关的电阻率。b-d）与温度相关的电阻率。
 
 
Figure 3．导线在氧化前后的微观结构表征。a–c)三个样品在空气中氧化10个月之前(顶部)和之后(底部)的光学图像。d)拉曼光谱比较。e)温度相关的电阻率比较，其中温度用黑线表示。f)在空气中于300℃氧化24小时后的拉曼光谱比较。g，h）氧化前后的SEM图。
 
  
Figure 4．表征了 A-Cu（空心标记）和 ACGC（实心标记）线的最大电流密度。 a-c) 在不同环境条件下测量的电压降 (V) 与逐步增加电流密度的函数关系：a) 在空气中，b) 在氩气中，c) 在真空中。d) 临界电流密度值汇总。
  
       该研究工作由美国亚利桑那州立大学Wonmo Kang课题组于2021年发表在Adv. Mater.期刊上。原文：An Axially Continuous Graphene–Copper Wire for High-Power Transmission: Thermoelectrical Characterization and Mechanisms。

转自《石墨烯研究》公众号