江西理工大学&昆明理工大学陈源森，李一坤，沈龙飞等：碳纳米材料增强铜基复合材料性能的研究进展

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陈源森1，李一坤1，沈龙飞1，赵文敏1，2，魏民国1，徐俊华1

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引用格式：

②CHEN Yuansen，LI Yikun，SHEN Longfei，ZHAO Wenmin，WEI Minguo，XU Junhua. Recent research progress on properties of carbon nanomaterials enhanced copper-based composites ［J］. Copper Engineering，2026（2）：43-54.

doi:10.3969/j.issn.1009-3842.2026.02.005

目前，铜（Cu）基复合材料已广泛应用于各个领域。随着科技的进步发展，高性能材料的需求不断提升，高强高导Cu基复合材料已成为当前的研究重点。碳纳米材料（carbon nano-materials，CNMs），因其本身的优异性能可作为Cu基复合材料的增强相被广泛研究。本文主要分析了三类具有代表性的CNMs/Cu基复合材料进行深入研究分析：碳纳米管（carbon nanotube，CNT）/Cu、石墨烯（graphene，GR）/Cu和碳化聚合物点（carbonized polymer dot，CPD）/Cu。CNT、GR作为增强相时普遍存在易团聚、与Cu界面结合差等问题，从而导致复合材料性能下降；而CPD在高温下结构不稳定，且较难表征。针对此类材料的研究难点和痛点，从材料本身的结构、性能出发，分别对其异同性进行分析探讨，研究以其作为增强相增强铜基复合材料的制备方法，以及材料的力学性能、电学性能和强化机制，为之后以CMNs增强铜基复合材料的制备及性能研究提供思路，以突破现有的技术瓶颈，最终实现铜基复合材料高强高导的可控制备。

不同形态和结构的CNMs具有不同特性，因而在增强复合材料时所表现出的强化效果也存在显著差异。本文将CNMs分为CNT，GR和CPD三类进行分析和探讨，并以此为基础介绍不同CNMs/Cu基复合材料在合成、力学和电导率方面的最新研究进展，为设计具有高强度、高电导率和高伸长率的CNMs/Cu基复合材料提供新的思路。

图1 碳纳米材料结构示意图

图2 （a）CNT/Cu复合材料工艺流程示意图；（b）CNT/Cu复合粉末SEM图；（c）三种CNT/Cu复合材料的导电率和相对密度；（d）三种CNT/Cu复合材料的应力-应变图

图3 （a）CNT-Ni/Cu复合材料工艺流程示意图；（b）CNT-Ni/Cu复合材料拉伸断裂机制示意图；（c）CNT-Ni复合粉末与Ni颗粒的透射电镜；（d）纯铜和CNT-Ni/Cu 复合材料的应力-应变曲线

图4 （a）CNT-CPD/Cu复合材料的工艺流程示意图；（b）复合材料与纯铜的应力-应变曲线；（c）复合材料与纯铜的综合性能雷达图

图5 CNMs/Cu复合材料的性能汇总图

尽管在CNMs/Cu基复合材料的研究和应用方面取得了一定的进展，但仍然面临着诸多问题与挑战。

1）材料结构优化问题。CNMs在Cu基体中的均匀分散问题和界面结合问题尚未完全解决。这要求进一步优化制备工艺并开发新型合成方法，以提升复合材料的性能与质量。

2）性能调控问题。如何在提高力学性能的同时保持或提升电学性能，成为当前研究的重点和难点。CNMs的引入往往使导电性能下降，如何通过界面设计和结构调控，实现性能的协同优化仍需深入探索。

3）成本问题。成本控制是限制CNMs/Cu复合材料大规模应用的关键因素。CNMs的制备过程能耗高、原材料消耗大，且工艺复杂，导致其成本居高不下。同时，CVD法和电沉积等制备方法设备投资大、能耗高，导致复合材料的制造成本高。而高昂的成本限制了这类材料在民用电子、大规模能源设备等领域的推广应用。

这些现存问题严重制约了CNMs/Cu复合材料的进一步发展和广泛应用，未来需要通过跨学科合作，探索新的实验方法和技术路径，例如开发低成本的CNMs规模化制备技术、优化复合工艺以降低能耗、设计新型界面结构以提升性能等。随着研究的持续深化与技术的不断进步，CNMs/Cu复合材料有望在更多领域得到应用，进一步推动相关行业的发展。

信息来源：铜业工程

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