本发明属于及高强高导复合材料成型，具体涉及一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、铜基材料被广泛应用于电器开关、电子元器件、高速铁路接触网、以及高压输电断路器等领域，其可靠性与服役寿命，关系到电器开关、输电线路的高效安全运行与运营成本。因此，开发高性能、长寿命的铜基材料，对维护电器与电网的安全稳定运行具有重要意义。
3、目前，在铜基材料中添加二次相材料是提升铜基材料服役寿命的主要方法。添加于其中，能够生成二次相的组分主要包括：合金元素、金属碳化物和其他具有高功函数、高熔点的添加剂，例如la2o3、mo、a12o3、tic、cdo等材料。
4、而这些添加相的电导率热导率远低于纯铜，虽然能够获得较好的力学性能，但是随着这些添加相质量分数的升高，铜基复合材料的导电导热性能成反比例地降低。因此，在不降低导电性和导热性的情况下设计和构建增强型铜基复合材料仍然具有挑战性。
5、另一方面，石墨烯具有优异的本征导电与导热性能，室温电子迁移率可达15000cm2/v s，热导率最高达到3500～5300w/m k；石墨烯具有良好的力学性能，理论断裂强度达到≈130gpa，杨氏模量为≈1.1tpa。
6、现有的石墨烯与铜的复合方法主要为氧化石墨烯与铜的复合/还原方法，由于石墨烯与铜基体的界面润湿性较差，界面结合强度低，同时在石墨烯层间范德华力的作用下，石墨烯自身容易发生团聚现象，导致复合材料性能下降。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用，制备的石墨烯铜复合材料内部组织为石墨烯在铜晶界处构成均匀且连续的网络结构，能够避免石墨烯团聚、与铜基体界面结合强度低的问题，以获得高强高导复合材料，提高其在电气领域的使用寿命。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
3、第一方面，一种石墨烯铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将铜粉与纳米纤维素凝胶混合，并干燥，获得干燥完成的混合物；
5、s2、将混合物进行真空退火，获得石墨烯-铜复合粉体；
6、s3、将石墨烯-铜复合粉体热压烧结，获得设定形状的石墨烯铜复合材料。
7、可选的，s1中，铜粉粒径为10～80μm。
8、可选的，s1中，铜粉与纳米纤维素凝胶的混合比例为：质量比1:0.3-1:3。
9、可选的，s1中，纳米纤维素凝胶为纳米纤维素浓度分散至0.3％～1.0wt％的水凝胶。
10、可选的，s1中，混合方式为高速剪切混合。
11、可选的，s1中，获得的混合物为：干燥的纳米纤维素包裹的铜粉颗粒。
12、可选的，s2中，真空度的范围为：10～200pa。
13、可选的，s2中，真空环境可以替换为氮气、氢气和/或氩气保护环境，压强维持在低于大气压的水平。
14、可选的，s2中，退火温度范围在650-950℃之间。
15、优选的，退火温度为850～950℃，
16、进一步优选的，退火温度为950℃。
17、可选的，s2中，退火时间为1～4小时。
18、可选的，退火时间为2～3小时；
19、进一步优选的，退火时间为2小时。
20、可选的，s2中的真空环境可以替换为氮气、氢气和/或氩气保护环境，压强维持为低于大气压。
21、可选的，氩气流量为50～200sccm、氢气流量为10～50sccm和/或氮气流量为50～200sccm；
22、可选的，氩气流量为100sccm、氢气流量为30sccm，和/或氮气流量为100sccm。
23、可选的，s3中，热压烧结为真空热压烧结；
24、可选的，s3中获得的石墨烯铜复合材料经过后处理抛光过程。
25、可选的，真空热压烧结具体为：对模具内坯料的压强保持20～50mpa；以10～30℃·min-1加热速率加热至750～950℃，保温保压0.5～1h，后在保压状态下以10～30℃·min-1降温速率冷却至室温；
26、优选的，对模具内坯料的压强保持为40mpa；以20℃·min-1的加热速率加热至850℃，保温保压30min，后在保压状态下以20℃·min-1的降温速率冷却至室温。
27、在s2过程中，铜可催化石墨烯缺陷修复，提高石墨烯质量。
28、在s3过程中，石墨烯铜复合材料内部组织逐渐转变为：石墨烯在铜晶界处构成均匀且连续的网络结构。
29、第二方面，一种通过上述石墨烯铜复合材料的制备方法制备获得的石墨烯铜复合材料。
30、可选的，石墨烯铜基复合材料中的石墨烯含量为0.3wt％～0.9wt％；
31、可选的，石墨烯铜基复合材料中的石墨烯含量优选为0.3wt％。
32、可选的，石墨烯铜复合材料的内部组织为石墨烯在铜晶界处构成均匀且连续的网络结构。
33、第三方面，一种上述石墨烯铜复合材料的制备方法和/或获得的石墨烯铜复合材料的应用。
34、可选的，所述应用包括：在电接触材料、电阻焊电极材料和/或散热器材料的应用。
35、本发明的有益效果为：
36、1.本申请使用纳米纤维素凝胶为原料，在铜粉表面生成石墨烯，相较于直接将氧化石墨烯与铜粉复合后还原的技术方案，优势在于可解决石墨烯易于团聚、与铜基体界面结合强度较低的难题。使石墨烯在铜晶界处构成均匀且连续的网络结构，降低石墨烯团聚程度；连续分布的石墨烯与铜基体界面的结合面积大，结合程度好。同时，铜粉作为催化石墨烯生成的催化剂，能够在石墨烯生成的过程中修复缺陷，有助于得到高质量石墨烯铜块体。
37、2.本发明添加的石墨烯具有优异的力学性能、本征导电性能与导热性能，与铜基材料复合后，能够极大提升复合材料的力学性能，且不降低导电性能，获得能够应用于电接触场合的高强高导复合材料。
38、3.本发明添加的石墨烯做为一种优异的纳米自润滑材料，能够极大提升复合材料的耐磨性能，应用于电接触场合，在服役过程中能够持续释放带有自润滑性质的石墨烯粉末，能够极大延长材料的使用寿命。
39、4.石墨烯的前驱体容易获得或者制备，并可批量化、规模化制备，相较于添加稀土金属增强材料性能的方案，能够减少稀土资源的消耗。
40、5.本发明的制备方法所需设备简单，工艺简便，易于控调工工艺参数，并且扩大生产。
1.一种石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.如权利要求1所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，s1中，铜粉为粒径10-80μm的球形铜粉；
3.如权利要求2所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，纳米纤维素凝胶为纳米纤维素浓度分散至0.3～1.0wt％的水凝胶。
4.如权利要求1所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，s2中，真空环境可以替换为氮气、氢气和/或氩气保护环境，压强维持为低于大气压的水平。
5.如权利要求4所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，氩气流量为50～200sccm、氢气流量为10～50sccm和/或氮气流量为50～200sccm；
6.如权利要求1所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，
7.如权利要求1所述的石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征是，s3中，热压烧结为真空热压烧结；具体为：将石墨烯-铜复合粉体放入石墨模具中，并用石墨纸包裹，将密封好的石墨模具置于真空热压机中；
8.一种如权利要求1-7任一所述的石墨烯铜复合材料的制备方法制得的石墨烯铜复合材料。
9.如权利要求8所述的石墨烯铜复合材料，其特征是，石墨烯铜基复合材料中的石墨烯含量为0.3％～0.9wt％；优选为0.3wt％；
10.一种如如权利要求1-7任一所述的石墨烯铜复合材料的制备方法和/或如权利要求8-9任一所述的石墨烯铜复合材料的应用，其特征是，应用包括：在电接触材料、电阻焊电极材料和/或散热器材料的应用。