一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體的制作方法
【專利摘要】一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造方法，在導(dǎo)體電芯的表面直接生長(zhǎng)單層、雙層或者少層的石墨烯，利用石墨烯的超高載流子傳輸速度改善導(dǎo)體電芯的導(dǎo)電能力并提高其耐腐蝕能力。本發(fā)明所描述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，由導(dǎo)體電芯和石墨烯薄膜組成，石墨烯薄膜附著于導(dǎo)體電芯表面,從而實(shí)現(xiàn)比原純金屬導(dǎo)體更強(qiáng)的導(dǎo)電性能及更好的抗腐蝕性能。
【專利說明】一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電線電纜領(lǐng)域，具體涉及一種電線電纜導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和制造方法。
技術(shù)背景
電線電纜是用以傳輸電力、傳遞信息和實(shí)現(xiàn)電磁能量轉(zhuǎn)換的一大類電工線材產(chǎn)品。電線電纜是量大面廣、用途遍及所有領(lǐng)域的一大類產(chǎn)品，也是任何一個(gè)用電場(chǎng)合必須的配套
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[0002]電線電纜是工業(yè)的血管，社會(huì)的神經(jīng)，電機(jī)的心臟。電線電纜產(chǎn)品有四個(gè)基本結(jié)構(gòu)元件:導(dǎo)體、絕緣、屏蔽和護(hù)層。導(dǎo)體應(yīng)有較高導(dǎo)電率和傳輸光波的能力。目前，電線電纜中的導(dǎo)體主要由銅材料作導(dǎo)電線芯材料。作為電線電纜導(dǎo)體，銅具有以下有點(diǎn):I)延展性能好，僅次于銀而居第二位，2)導(dǎo)熱性能好，僅次于銀和金而居第三位。3)塑性好，可用于加工成各種形狀。4)易于焊接。5)機(jī)械性能好，有足夠的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。6).銅的柔韌度比較強(qiáng)，適用電線電纜的特點(diǎn)。
但銅作為電線電纜導(dǎo)體，又有著成本高、抗腐蝕性差的特點(diǎn)。在一些應(yīng)用環(huán)境中，需要在銅表面進(jìn)行電鍍金屬涂層來增強(qiáng)銅的抗氧化能力。不僅成本高，而且還面臨著環(huán)境污染，導(dǎo)電能力下降的缺點(diǎn)，限制了銅的使用。
[0003]石墨烯是一種由純碳原子組成的二維材料，有著所有材料中最高的載流子傳輸速度，超強(qiáng)的耐大電流能力，同時(shí)由于其致密的分子結(jié)構(gòu)，除了氫原子以外的物質(zhì)均不能透過石墨烯材料。將石墨烯結(jié)合金屬材料，形成電線電纜的導(dǎo)體，不僅能夠增強(qiáng)銅等金屬材料的導(dǎo)電能力，減少銅等金屬材料的使用，還能增強(qiáng)金屬材料的抗腐蝕能力，從而為電線電纜行業(yè)帶來成本、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造方法，在導(dǎo)體電芯的表面直接生長(zhǎng)單層、雙層或者少層的石墨烯，利用石墨烯的超高載流子傳輸速度改善導(dǎo)體電芯的導(dǎo)電能力并提高其耐腐蝕能力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所描述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，由導(dǎo)體電芯和石墨烯薄膜組成，石墨烯薄膜附著于導(dǎo)體電芯表面；進(jìn)一步，所述的石墨烯薄膜為10個(gè)碳原子厚度以下的石墨烯，優(yōu)選5層以下的石墨烯；
進(jìn)一步，石墨烯薄膜采用直接在導(dǎo)體電芯表面生長(zhǎng)的方式，將石墨烯薄膜附著于導(dǎo)體電芯表面；
進(jìn)一步，石墨烯薄膜的生長(zhǎng)方式可以是普通的化學(xué)氣象沉積方法，也可以是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，或者微波增強(qiáng)等離子體化學(xué)氣相沉積法；
進(jìn)一步，石墨烯生長(zhǎng)的碳源來自于含碳?xì)怏w或者含碳液體或者含碳固體，可以涂覆于導(dǎo)體上或者置于導(dǎo)體附近，通過氣化的方式，使碳到達(dá)導(dǎo)體表面進(jìn)行生長(zhǎng)；
進(jìn)一步，所述的導(dǎo)體電芯可以是銅、銀或者鋁，也可以是在表面鍍鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、m銀、鑰、锝、釕、錯(cuò)、ι?、銀、鎘、镥、鉿、鉭、鶴、錸、鋨、銥、鉬、金等金屬元素的銅、銀或者鋁導(dǎo)體；
進(jìn)一步，可以將【金屬-石墨烯】的結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，重復(fù)上述過程，制造以【金屬-石墨烯】為基本單元的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)體；
進(jìn)一步，【金屬-石墨烯】n結(jié)構(gòu)，n大于等于I ;
進(jìn)一步，【金屬-石墨烯】n結(jié)構(gòu)中，金屬的種類在不同的第I至第n層，可以相同，也可以不相同，可以使用一種金屬，也可以是多種金屬的合金，或者多重金屬鍍層形成的導(dǎo)體。
【專利附圖】

【附圖說明】
附圖1是本發(fā)明所述的石墨烯電線電纜導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖，為第一種實(shí)施例。
[0005]附圖2是本發(fā)明所述的石墨烯電線電纜導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖，為第二種實(shí)施例。
[0006]附圖3是本發(fā)明所述的石墨烯電線電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖，使用【金屬-石墨烯】n結(jié)構(gòu)，n=2的實(shí)施例。
[0007]附圖4是本發(fā)明所述的石墨烯電線電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖，使用【金屬1-金屬2-石墨烯】-【金屬3-石墨烯】結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0008]結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹，但本發(fā)明不局限于下述具體實(shí)施例。
[0009]實(shí)施例一:請(qǐng)參`閱圖1所示，選用銅線10作為導(dǎo)體，通過化學(xué)氣象沉積的方式，使用甲烷等含碳?xì)怏w作為碳源，在50(T1100攝氏度進(jìn)行石墨烯11的生長(zhǎng)，具體步驟如下:步驟1:銅表面預(yù)處理，使用氫氣等還原性氣體，在500至1100攝氏度的無氧環(huán)境中，將表面的氧化物去除，使純銅裸露于氣氛中；步驟2:通入甲烷等含碳?xì)怏w，使甲烷在高溫下分解，釋放碳原子，在銅表面自限制生長(zhǎng)為石墨烯；步驟3:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的銅絲，制作完成石墨烯-銅絲電線電纜導(dǎo)體。
實(shí)施例二:請(qǐng)參閱圖2所示，選用鍍銀21銅線20作為導(dǎo)體，通過化學(xué)氣象沉積的方式，使用甲烷等含碳?xì)怏w作為碳源，在50(T1100攝氏度進(jìn)行石墨烯22的生長(zhǎng)，具體操作如下:步驟1:鍍銀銅線表面預(yù)處理，使用氫氣等還原性氣體，在500至1100攝氏度的無氧環(huán)境中，將表面的氧化物去除，使金屬線裸露于氣氛中；步驟2:通入甲烷等含碳?xì)怏w，使含碳?xì)怏w在高溫下分解，釋放碳原子，在金屬線表面自限制生長(zhǎng)為石墨烯；步驟3:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的金屬線，制作完成石墨烯-金屬電線電纜導(dǎo)體。
[0010]實(shí)施例三:請(qǐng)參閱圖2所示，選用鍍銀21銅線20作為導(dǎo)體，通過有機(jī)固體直接生長(zhǎng)石墨烯的方式，使用固體碳源，在50(T1100攝氏度進(jìn)行石墨烯22的生長(zhǎng)，具體操作如下:步驟1:在金屬絲表面涂覆含碳固體，如聚甲基丙烯酸甲酯，使金屬絲的表面完整覆蓋含碳固體；步驟2:使用氫氣等還原性氣體，在500至1100攝氏度的無氧環(huán)境中，將金屬絲表面的含碳固體催化生長(zhǎng)為石墨烯。步驟3:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的金屬線，制作完成石墨烯-金屬電線電纜導(dǎo)體。
[0011]實(shí)施例四:請(qǐng)參閱圖2所示，選用鍍銅21鋁線20作為導(dǎo)體，通過化學(xué)氣象沉積的方式，使用氣態(tài)碳源，在30(T700攝氏度進(jìn)行石墨烯22的生長(zhǎng)，具體操作如下:步驟1:鍍銅鋁線表面預(yù)處理，使用氫氣等還原性氣體，在300至700攝氏度的無氧環(huán)境中，將表面的氧化物去除，使金屬線裸露于氣氛中；步驟2:通入甲烷等含碳?xì)怏w，使含碳?xì)怏w在高溫下分解，釋放碳原子，在金屬線表面自限制生長(zhǎng)為石墨烯；步驟3:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的金屬線，制作完成石墨烯-金屬電線電纜導(dǎo)體。
[0012]實(shí)施例五:請(qǐng)參閱圖3所示，使用選用銅線30作為導(dǎo)體，通過化學(xué)氣象沉積的方式，使用氣態(tài)碳源，在300-700攝氏度進(jìn)行石墨烯31的生長(zhǎng)，具體操作如下:步驟1:銅線表面預(yù)處理，使用氫氣等還原性氣體，在500至1100攝氏度的無氧環(huán)境中，將表面的氧化物去除，使金屬線裸露于氣氛中；步驟2:通入甲烷等含碳?xì)怏w，使含碳?xì)怏w在高溫下分解，釋放碳原子，在金屬線表面自限制生長(zhǎng)為石墨烯；步驟3:使用電鍍的方法，在石墨烯31表面電鍍銅32;步驟4，在電鍍銅32的表面再一次使用化學(xué)氣象沉積的方法生長(zhǎng)石墨烯33;步驟5:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的金屬線，制作完成石墨烯-金屬電線電纜導(dǎo)體。實(shí)施例五中使用【金屬-石墨烯】η結(jié)構(gòu)，η=2，在實(shí)際的使用中，η大于等于I即可。
[0013]實(shí)施例六:請(qǐng)參閱圖4所示，使用選用鋁線40作為導(dǎo)體，在鋁線外電鍍銅41，通過化學(xué)氣象沉積的方式，使用氣態(tài)碳源，在300-700攝氏度進(jìn)行石墨烯42的生長(zhǎng)，具體操作如下:步驟1:在鋁線的表面電鍍銅；步驟2:通入甲烷等含碳?xì)怏w，使含碳?xì)怏w在300至700攝氏度的高溫下分解，釋放碳原子，在銅表面自限制生長(zhǎng)為石墨烯；步驟3:使用電鍍的方法，在石墨烯表面電鍍銅；步驟4，在電鍍銅的表面再一次使用化學(xué)氣象沉積的方法生長(zhǎng)石墨烯；步驟5:降溫，取出表面生長(zhǎng)有石墨烯的金屬線，制作完成電線電纜導(dǎo)體。實(shí)施例六中的金屬I為鋁，金屬2為 銅，金屬3為銅，金屬2和金屬3可以相同或者不相同。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:電線電纜導(dǎo)體的主體由金屬組成，金屬導(dǎo)體的表面附有石墨烯薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:石墨烯的碳原子層數(shù)介于I至10層之間。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:所使用的金屬導(dǎo)體，可以是光滑的金屬線，由銅、鐵、鋁等金屬組成。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:所使用的金屬導(dǎo)體，也可以是表面鍍有鈧、鈦、銀、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、乾、錯(cuò)、銀、鑰、锝、釕、錯(cuò)、鈕、銀、鎘、镥、鉿、鉭、鎢、錸、鋨、銥、鉬、金等金屬鍍層的金屬線。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:所使用的結(jié)構(gòu)由【金屬-石墨烯】n基本結(jié)構(gòu)組成，n大于等于I。
6.根據(jù)權(quán)利4所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:導(dǎo)體由銅、鐵、鋁等金屬組成，薄膜為銅、鐵、招、鈧、鈦、銀、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、乾、錯(cuò)、銀、鑰、锝、釕、錯(cuò)、鈕、銀、鋪、錯(cuò)、鉿、鉭、鶴、錸、鋨、銥、鉬、金等金屬鍛層。
7.根據(jù)權(quán)利1、4所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:石墨烯是以化學(xué)氣相沉積的方式直接生長(zhǎng)于金屬導(dǎo)體表面上。
8.根據(jù)權(quán)利6所述 的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:化學(xué)氣象沉積的方式可以是普通熱化學(xué)氣象沉積法，也可以是等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣象沉積法。
9.根據(jù)權(quán)利6所述的一種石墨烯電線電纜導(dǎo)體，其特征在于:石墨烯生成所使用的碳源可以來自于含碳?xì)怏w，也可以來自于預(yù)涂覆于金屬層上的含碳固體。
【文檔編號(hào)】H01B1/02GK103811095SQ201310592433
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】許子寒 申請(qǐng)人:許子寒