碳纳米管结构属性对碳纳米管/铜复合材料电性能的影响

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碳纳米管（CNT）/铜复合材料作为轻质、温度稳定的导电体，在替代传统铜材的电气和电子器件中具有应用前景。然而，纳米管结构如何影响CNT/Cu复合材料电性能仍是重大研究难题。本研究通过制备和表征具有不同结构属性的纳米管复合材料，系统调查了CNT/Cu电性能与纳米管结构的关联性。制备了三种复合材料：单壁碳纳米管（SW-CNT）/Cu线、SW-CNT/Cu柱和多壁碳纳米管（MW-CNT）/Cu线。采用两步电沉积法以CNT模板为基体制备复合材料，该工艺能够在制造过程中保留模板纳米管的结构特征。对各模板中纳米管特性（直径、G/D比、取向等）以及相应复合材料的内部结构和电性能进行了表征。SW-CNT/Cu线和柱性能优于MW-CNT/Cu线，室温四探针电导率高达30～40%铜导电率，约为后者的3倍。SW-CNT/Cu的温度电阻系数降低4倍，表现出比MW-CNT/Cu更优异的温度稳定性。研究结果表明，少层壁、小直径纳米管有助于获得优异的温度稳定型CNT/Cu导电性能。更高的CNT结晶度（高G/D比）、更少的纳米管端口/结点以及纳米管的有序取向可进一步改善性能。该研究为优化CNT/Cu复合材料性能、实现其作为铜替代材料的实际应用提供了重要参考。

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