本發(fā)明涉及一種電導(dǎo)體，特別涉及一種石墨烯芯電導(dǎo)體及其制備方法。

背景技術(shù)：

電力是科學(xué)給人類的最重要的發(fā)明之一。這對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要?，F(xiàn)代社會(huì)嚴(yán)重依賴于電力的使用。電由于其無重力，易傳輸和分配的特點(diǎn)，是能源消費(fèi)最有效的方法。在大多數(shù)城市環(huán)境中的電力傳輸和配電完全依賴于一個(gè)輸電線路和配電網(wǎng)組成的電力網(wǎng)。電力傳輸是從發(fā)電廠到位于需求中心附近的變電站的大量傳輸。

輸電線路材料的電阻會(huì)導(dǎo)致輸電過程中的電能損耗。溫度，螺旋效應(yīng)和集膚效應(yīng)是影響用于輸電和配電線路的導(dǎo)體電阻的主要因素。導(dǎo)體電阻由于聲子散射效應(yīng)隨溫度的增加而增加。輸電線路溫度變化對(duì)功率損耗有明顯的影響。由于傳輸線的結(jié)構(gòu)，目前螺旋效應(yīng)也會(huì)使導(dǎo)體的電阻增大。在較高交流頻率下，集膚效應(yīng)會(huì)增加電力線的有效電阻。

減少在電力傳輸過程中損耗是可取的，以便提高效率，允許更廣泛的分布，提高電網(wǎng)性能。因此需改進(jìn)電力傳輸線的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯芯電導(dǎo)體及其制備方法，最大限度減少集膚效應(yīng)，可以提高導(dǎo)電率，減少傳輸損耗，減少傳輸線的總機(jī)械負(fù)荷。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種石墨烯芯電導(dǎo)體，包括由護(hù)套包圍石墨烯芯，所述石墨烯芯由石墨烯顆粒壓縮形成。

作為優(yōu)選，所述石墨烯芯電導(dǎo)體通過粉末套管法形成，將石墨烯顆粒填充入護(hù)套材料制成的套管中，拉拔套管形成石墨烯芯和護(hù)套復(fù)合體。

粉末套管法為優(yōu)選方法，其他制造方法也可以使用，例如利用擠壓技術(shù)，包括擠出成型或聚合物涂層/覆層/封裝技術(shù)等生產(chǎn)石墨烯芯和護(hù)套復(fù)合體。石墨烯顆粒包括石墨烯薄片。

所述石墨烯芯和護(hù)套復(fù)合體形成石墨烯芯電導(dǎo)線。電導(dǎo)線為電導(dǎo)體的一種具體形態(tài)。

所述護(hù)套的材料為金屬或聚合物。

所述金屬選自鋁、銅、銀、金中的一種或多種。

一種電纜，包括多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)體。

一種復(fù)絲導(dǎo)體，由多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)線復(fù)合而成。

一種電力傳輸線，包括用于高壓交流電力傳輸?shù)亩鄠€(gè)電導(dǎo)體、至少一個(gè)為電力傳輸線提供機(jī)械支持的電導(dǎo)體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)電導(dǎo)體為石墨烯芯復(fù)合導(dǎo)體，每個(gè)石墨烯芯復(fù)合導(dǎo)體包含一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求1所述的石墨烯芯電導(dǎo)體。

每個(gè)石墨烯芯復(fù)合導(dǎo)體包含多個(gè)權(quán)利要求3所述的石墨烯芯電導(dǎo)線。

多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)線進(jìn)一步被金屬護(hù)套包圍。

一種石墨烯芯電導(dǎo)體的制備方法，包括以下步驟：

(1)石墨烯顆粒準(zhǔn)備；

(2)將石墨烯顆粒填充入可拉拔的護(hù)套材料制成的套管中得石墨烯填充管；

(3)拉拔石墨烯填充管，通過管的變形壓縮石墨烯顆粒，形成石墨烯芯和護(hù)套組成的石墨烯芯電導(dǎo)體。沿一個(gè)方向拉拔后總的壓縮變形率大于10％。石墨烯填充管的拉拔步驟由石墨烯填充管通過多個(gè)拉拔磨具拉伸完成。

石墨烯填充管通過多個(gè)拉拔磨具拉伸過程中對(duì)石墨烯填充管退火處理。

所述退火處理在惰性氣氛或真空環(huán)境中進(jìn)行，退火溫度100-500℃。

所述退火處理是在石墨烯填充管通過多個(gè)拉拔磨具拉伸過程中間歇性進(jìn)行。

所述制備方法進(jìn)一步包括：將所述石墨烯芯電導(dǎo)體制成石墨烯芯電導(dǎo)線，多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)線復(fù)合形成復(fù)絲導(dǎo)體的步驟。

將多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)線復(fù)合形成復(fù)絲導(dǎo)體的步驟具體為：將多個(gè)石墨烯芯電導(dǎo)線放在一個(gè)金屬管中拉拔成復(fù)絲導(dǎo)體。

所述制備方法還進(jìn)一步包括絞合一個(gè)或多個(gè)復(fù)絲導(dǎo)體形成電力傳輸線的步驟。

本發(fā)明的有益效果是：能最大限度減少集膚效應(yīng)，可以提高導(dǎo)電率，減少傳輸損耗，減少傳輸線的總機(jī)械負(fù)荷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種工藝流程圖。

圖2顯示了利用粉末套管法制備的單絲和復(fù)絲的石墨/金屬復(fù)合體的方法：(a)將石墨烯填充到金屬管中；(b)拉拔單絲；(c)單絲線插入到另一個(gè)金屬管；(d)拉拔復(fù)絲；(e)一個(gè)復(fù)絲導(dǎo)體截面。

圖3工業(yè)多層石墨烯處理前后的TEM圖；

其中，圖3a為工業(yè)多層石墨烯片的TEM圖像，圖3b為從工業(yè)多層石墨烯剝離出的單層石墨烯TEM圖像。

圖4工業(yè)多層石墨烯處理前后在乙醇中的廷德爾效應(yīng)；

其中，圖4a顯示了工業(yè)多層石墨烯在乙醇中的廷德爾效應(yīng)，圖4b顯示了從工業(yè)多層石墨烯剝離出的單層石墨烯在乙醇中的廷德爾效應(yīng)，其在乙醇中分散性較好。

圖5石墨烯致密處理前后對(duì)比圖；

其中，圖5a致密化前，圖5b顯示了利用離心技術(shù)致密化后的石墨烯封裝密度。

圖6示意圖演示了由高密度和有序排列的石墨烯薄片增強(qiáng)導(dǎo)電性的機(jī)制：(a)對(duì)管加工中金屬包層加入的隨機(jī)分布的石墨烯薄片施加機(jī)械力；(b)石墨烯/金屬復(fù)合材料拉拔中石墨烯薄片的織構(gòu)形成；(c)在磚模型中建立的電氣路徑原理。

圖7顯示了由石墨烯/金屬復(fù)合電導(dǎo)線制備的下一代高性能電力網(wǎng)傳輸線的結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。

本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場(chǎng)購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。

本發(fā)明專利包含一個(gè)石墨烯芯和護(hù)套組成的電導(dǎo)體，利用石墨烯芯電導(dǎo)體組成的傳輸線，以及電導(dǎo)體和傳輸線的制備方法。

本發(fā)明的實(shí)施例包含由護(hù)套包圍的石墨烯芯電導(dǎo)體。石墨烯芯有顆粒石墨烯材料組成。石墨烯材料在保護(hù)套內(nèi)被壓縮。在石墨烯芯導(dǎo)體的優(yōu)選實(shí)施例中包含電導(dǎo)線。電導(dǎo)線的實(shí)施例可由粉末套管的方法形成。將石墨烯材顆粒料放置在金屬管中，并將金屬管拉拔成線，從而形成石墨烯芯和護(hù)套。

石墨烯芯電導(dǎo)體的實(shí)施例可用于傳輸線導(dǎo)體束。石墨烯芯電導(dǎo)線的實(shí)施例也可用于其他設(shè)備和應(yīng)用，例如變壓器和電動(dòng)機(jī)。

石墨是一種豐富的礦物，石墨烯是只有一個(gè)原子層厚度的片狀石墨。它是由碳原子緊密結(jié)合組織形成六邊形晶格的碳的同素異構(gòu)體。石墨烯薄膜其以獨(dú)特的原子sp²的雜化軌道性質(zhì)使其打破許多電、熱傳導(dǎo)和強(qiáng)度的記錄。特別是石墨烯是一種具有非常高電導(dǎo)率的零重疊半金屬材料。每個(gè)碳原子有6個(gè)電子，其中有2個(gè)內(nèi)層電子，4個(gè)外層電子。一般情況，這4個(gè)外層電子可用于化學(xué)鍵合，但是在石墨烯中，每個(gè)碳原子都與二維原子層上的其他三個(gè)原子相連，在三維電子導(dǎo)電中只有1個(gè)自由電子。這些高度移動(dòng)電子位于上下石墨烯片層之間。石墨烯能帶結(jié)構(gòu)中的線性狄拉克頻散導(dǎo)致電子的零有效質(zhì)量，從而克服聲子散射，導(dǎo)致其顯著的電子遷移率200000cm²/V·s，室溫載流子密度為10¹²/cm²。石墨烯薄膜相應(yīng)的電阻率為10^-6Ω·cm，其電阻率小于銀的且為目前室溫下的電阻率最低的已知材料。

表1各種材料的電阻率和電導(dǎo)率

表1列出了最常用的高導(dǎo)電材料的電阻率和電導(dǎo)率。其表明石墨烯的電導(dǎo)率比銀高37％，比銅高40％，比鋁高62％。特別是，石墨烯做為電導(dǎo)體可以攜帶的電流密度高于銅6個(gè)數(shù)量級(jí)。這表明，石墨烯是一種很有前途的材料，可以用來顯著地減少由傳輸線的電阻引起的電能損耗。

一種已知的方法是在物理冶金過程中(如熔煉和鑄造)將石墨烯或碳納米管直接加入銅或者鋁中形成金屬和石墨烯(碳納米管)的混合物，以提高材料的電性能。然而，使用已知的冶金方法幾乎不可能形成一種均勻分散的石墨烯的金屬材料，因此也很難實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性能的增強(qiáng)。事實(shí)上，這種方法在改善電性能被認(rèn)為是無效的。這是由于石墨烯或碳納米管在材料中形成團(tuán)聚而未能有效的提高電導(dǎo)率。此外，電感是使用這種材料的傳輸線中的一個(gè)問題，電感被認(rèn)為是由于團(tuán)聚的形成導(dǎo)致導(dǎo)體結(jié)構(gòu)不一致。

大多數(shù)用于工業(yè)應(yīng)用的石墨烯是從幾納米到幾百微米的薄片狀顆?；蚍勰畹氖Ｌ兼I的共價(jià)性質(zhì)決定了石墨烯薄片很難融合成形形成產(chǎn)品，尤其是大規(guī)模批量產(chǎn)品。

電流在是在石墨烯一個(gè)原子平面上進(jìn)行傳輸。然而，制造和塑造一個(gè)大規(guī)模的石墨烯產(chǎn)品是極其困難的。發(fā)明者利用材料科學(xué)與工程的最新進(jìn)展粉末套管技術(shù)來進(jìn)行石墨烯電導(dǎo)體的制備。粉末套管技術(shù)常用于制備陶瓷基高溫超導(dǎo)體。

利用石墨烯薄片粉末套管技術(shù)，發(fā)明者可以制備一種高質(zhì)密度和有序排列的石墨烯結(jié)構(gòu)，從而大大提高電氣路徑的方法。這種制造方法可以應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明者設(shè)想應(yīng)用粉末套管制備方法制造大尺度石墨烯/金屬復(fù)合材料，用于高性能電網(wǎng)輸電線路的應(yīng)用。憑借石墨烯/金屬復(fù)合導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)，這種傳輸線可以使傳輸過程中的電力損耗顯著減少。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電導(dǎo)體制備過程的范例將根據(jù)圖1和圖2進(jìn)行論證。在第一步驟110中，石墨烯顆粒放置在金屬套管中。舉例來說，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例來制備電導(dǎo)體，石墨烯顆粒被裝入金屬管，如鋁、銅等金屬或合金管。在一個(gè)實(shí)施例中金屬管為外徑8mm，內(nèi)徑4mm的鋁管，如圖2(a)中所示。隨后將石墨烯填充的金屬管通過一系列拉伸模具進(jìn)行拉拔，同時(shí)通過間歇退火消除冷加工硬化引起的應(yīng)變。在這一過程中金屬管通過第一個(gè)模具如步驟120，如果必要的在步驟130的進(jìn)行一次退火，在步驟135時(shí)進(jìn)行熱處理，步驟145在每次使用一個(gè)較小的模具時(shí)120至135的步驟可以的時(shí)候重復(fù)進(jìn)行。每次重復(fù)步驟120金屬管的直徑減小，直至將金屬管拉成絲。拉拔過程中同時(shí)壓縮管中的石墨烯，并最終形成帶有金屬保護(hù)套的壓縮石墨烯芯線結(jié)構(gòu)。在140步驟中一旦達(dá)到所需的絲厚度拉拔和退火結(jié)束，并在步驟150中得到單絲石墨烯芯線。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該工藝減小了套管的截面并獲得了外徑1mm的石墨烯/金屬單絲線。

值得贊賞的是，盡管這一實(shí)例使用了一種金屬管拉拔成護(hù)套，但也可以使用任何適用的材料。在此例中應(yīng)用了一種導(dǎo)電金屬但是其他金屬和合金材料也可以用于護(hù)套材料。然而，護(hù)套材料并不一定需要金屬，由于石墨烯芯是電導(dǎo)體，所以護(hù)套材料不必一定是電導(dǎo)體。在上述利用粉末套管制備工藝成形實(shí)例中，該管/護(hù)套材料的選擇受到機(jī)械性能要求例如選擇的材料適用于拉拔工藝和最終產(chǎn)品而非材料的電氣性能。其他制備方法也可用于生產(chǎn)石墨烯芯和護(hù)套結(jié)構(gòu)。拉絲工藝存在很多選擇，用涂層或覆層生產(chǎn)石墨烯芯和護(hù)套結(jié)構(gòu)。例如擠壓成型包括聚合物擠出技術(shù)也可以使用。要不然，聚合物涂層/覆層/封裝等技術(shù)可用于生產(chǎn)石墨烯芯和護(hù)套導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如，聚合物可用于涂層或覆層以形成石墨烯芯導(dǎo)體。替代的制造工藝可使其他類型材料(有機(jī)或無機(jī))被用來石墨烯芯導(dǎo)體成形，例如可以使用陶瓷護(hù)套。護(hù)套材料的選擇要考慮石墨烯芯導(dǎo)體制備的產(chǎn)品要求，產(chǎn)品深加工技術(shù)要求以及最終產(chǎn)品的要求。

石墨烯芯電導(dǎo)體制備工藝的實(shí)施例可包括石墨烯預(yù)處理和包裝的步驟以提高拉拔用放置在管中的顆粒石墨烯的密度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中石墨烯為工業(yè)多層石墨烯薄片。工業(yè)多層石墨烯片用功率為10W到16KW或更高，頻率為10kHz到50kHz或更高的強(qiáng)超聲波裝置剝離。圖3展示了工業(yè)級(jí)多層石墨烯片(圖3a)和超聲技術(shù)處理后的石墨烯薄片的亮場(chǎng)透射電鏡照片(圖3b)。圖3的照片證明工業(yè)級(jí)多層石墨烯片通過超聲技術(shù)成功剝離為單原子層石墨烯。如圖4a和圖4b所示，工業(yè)級(jí)多層石墨烯和超聲處理后的單原子層石墨烯在乙醇中的色散可以利用激光的延德爾效應(yīng)簡(jiǎn)單確定。一般情況下，單原子層石墨烯具有零帶隙，擁有比多層石墨烯更高的導(dǎo)電率。因此按照本發(fā)明先前的實(shí)施例，單原子層石墨烯是石墨烯芯導(dǎo)體制作的首選。

石墨烯預(yù)處理還包括一個(gè)致密化的過程。圖5顯示了石墨烯致密處理前后對(duì)比；其中，圖5a致密化前，圖5b顯示了利用離心技術(shù)致密化后的石墨烯封裝密度單原子層石墨烯。首先利用噴霧干燥器干燥，然后灌裝在一定直徑的橡皮管中。將橡皮管放在離心機(jī)用的塑料管中。例如，在轉(zhuǎn)速為10000rpm下離心2min，石墨烯的填充密度可達(dá)到0.65g/cm³。橡皮管中的離心分離材料可以放置在冷均衡壓機(jī)以進(jìn)一步提高填充密度。隨后密度接近理論密度的條狀石墨烯在拉絲前插入鋁(或其他包殼材料)管中。

截面變形率和變形速率在確定材料性能中起重要作用。

在拉伸過程中，隨機(jī)分布的石墨烯薄片沿石墨烯芯和包層之間的界面有序排列。每次經(jīng)過步驟120拉絲后石墨烯在護(hù)套內(nèi)壓縮。圖6a-c示意圖說明通過拉絲過程使石墨烯薄片有序排列。最初隨機(jī)裝入護(hù)套管的石墨烯一般情況下沒有固定的取向。如圖6a所示，在拉絲過程中施加了機(jī)械力σ，這些影響了石墨烯的隨機(jī)分布并使其開始有序排列，如圖6b所示。如圖6c所示，通過拉絲過程中更大范圍的機(jī)械變形程度，形成一個(gè)有序排列石墨烯薄片組成的高密度石墨烯芯。由于電流只沿石墨烯平面?zhèn)魉?，通過圖6c所示的磚結(jié)構(gòu)模型來改善電流路徑，石墨烯薄片的這種組織結(jié)構(gòu)充分地提高了材料的導(dǎo)電率。因此，通過加入高導(dǎo)電性的石墨烯，石墨烯/金屬復(fù)合材料導(dǎo)電電線的電阻降低，從而降低了電能損耗。

石墨烯芯電導(dǎo)線其中一種應(yīng)用是在電氣設(shè)備和傳輸線中。在某些情況下，石墨烯芯電導(dǎo)線可直接使用在電動(dòng)機(jī)或變壓器的線圈。另外，單絲石墨烯芯電導(dǎo)線可通過步驟160進(jìn)一步加工成復(fù)絲線。這進(jìn)一步處理可以簡(jiǎn)單地將絕緣涂層應(yīng)用于一根或多根線，或者可以通過集束、編織、纏繞或多線纏繞進(jìn)一步處理來滿足所需的導(dǎo)體或電纜配置。復(fù)絲線可通過現(xiàn)有的制造技術(shù)用石墨烯芯電導(dǎo)線成形。

通過步驟160，單絲石墨烯芯電導(dǎo)線進(jìn)一步加工生產(chǎn)復(fù)絲作為傳輸線的一個(gè)基本組件以實(shí)現(xiàn)作為傳輸線的應(yīng)用。在該實(shí)施例中，多個(gè)石墨烯芯單絲排列成圓形或者六邊形，然后插入另一個(gè)金屬套管中(如圖2c所示)，例如將多根單絲線形成線束，數(shù)量為7,19,37,55,61,85或更多數(shù)量或其他數(shù)量的單絲線。這個(gè)套管和多根單絲線再一次通過一系列拉絲模具進(jìn)行拉絲如圖2d所示，以形成復(fù)絲石墨烯/金屬復(fù)合線，復(fù)絲的典型橫截面如圖2e所示。然后通過步驟170，復(fù)絲可被納入一個(gè)多線傳輸線束中，其主要由多個(gè)導(dǎo)電電線和附加電線或其它結(jié)構(gòu)組成，主要目的是為導(dǎo)電電線提供機(jī)械支撐。

應(yīng)該認(rèn)識(shí)到用于形成初始單絲石墨芯電導(dǎo)線技術(shù)是基于已知的粉末套管技術(shù)。最初的單絲線的制作后，后續(xù)的復(fù)絲線和多線傳輸線束也可以使用已知的技術(shù)制作。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以改善傳輸線性能而不需要對(duì)制造技術(shù)或其他傳輸網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)行重大更改。電氣性能的改善主要是利用石墨烯芯線實(shí)現(xiàn)的。

石墨烯芯電導(dǎo)線也可以支持其他理想的傳輸線性能特點(diǎn)。石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)比表1中列出的金屬的導(dǎo)熱系數(shù)低2個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，在傳輸線中通過使用石墨烯芯電導(dǎo)線可以減少或避免在金屬導(dǎo)體(如銀，銅，鋁等)中觀察到的由于高溫效應(yīng)引起的電阻效應(yīng)。在某些情況下，溫度的升高甚至可略微提高石墨烯芯傳輸線的電導(dǎo)率。這是由于石墨烯的負(fù)熱系數(shù)為-0.0002/K。由于石墨烯中電子的零有效質(zhì)量，負(fù)熱系數(shù)與隨溫度升高而增大的電子密度有關(guān)，但不影響其電子遷移率。因此，石墨烯/金屬復(fù)合材料制成的傳輸線可以攜帶更高密度的電流的同時(shí)降低能量損耗，并且具有溫度對(duì)性能的影響最小以保持其高性能。

另外，與表1中列出的其他金屬導(dǎo)體相比，石墨烯具有最低的密度。因此，使用石墨烯/金屬復(fù)合材料作為導(dǎo)電體可以大大減少傳輸線的總機(jī)械負(fù)荷。這可以提高傳輸線的機(jī)械性能，例如減少蠕變問題。

所提出的石墨烯芯和金屬護(hù)套結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是無論是單絲或復(fù)絲石墨烯/金屬復(fù)合材料，大多數(shù)的電流都是通過高導(dǎo)電性的石墨烯層而不是銅(或其它金屬)包層。這一現(xiàn)象最大限度減少集膚效應(yīng)，集膚效應(yīng)是交流電流密度越接近導(dǎo)體表面電流密度越大，沿向?qū)w中心方向電流密度減小，這種影響體現(xiàn)在高壓交流電的頻率增加的阻力。集膚效應(yīng)通過低電阻率石墨烯芯中電流的濃度減小。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，單絲或復(fù)絲線替代現(xiàn)有金屬電導(dǎo)線，如銅和鋁導(dǎo)線，以生產(chǎn)下一代高性能電力電網(wǎng)傳輸線。例如，已知的傳輸線生產(chǎn)技術(shù)包括在導(dǎo)體芯線周圍集束增強(qiáng)的鋼芯鋁絞線(ACSR)和全鋁合金絞線(AAAC)技術(shù)，ACSR和AAAC之類的復(fù)合芯導(dǎo)線的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)為導(dǎo)體芯，例如碳纖維或玻璃纖維芯，傳輸電流的導(dǎo)線絞合在承載芯線周圍(如圖7所示的樣品照片)。在本發(fā)明實(shí)施例中，傳統(tǒng)的鋁或銅導(dǎo)線線被上述制備的石墨烯芯電導(dǎo)線所替代。本發(fā)明中的石墨烯/金屬復(fù)合導(dǎo)線可以組成目前已知的任何傳輸線結(jié)構(gòu)。例如，在圖7照片700顯示了多個(gè)導(dǎo)電復(fù)絲石墨/金屬復(fù)絲線710絞合在加強(qiáng)芯720周圍的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)復(fù)絲線710由上述所說的拉拔放在金屬護(hù)套740中的多根石墨烯芯電導(dǎo)線730而成。

上面所描述的實(shí)施例采用石墨烯/金屬復(fù)合絲作為傳輸集束線的所有導(dǎo)電線，當(dāng)然也可以使用混合結(jié)構(gòu)，即在傳輸線束中引入多個(gè)不同類型的導(dǎo)線。

石墨烯/金屬復(fù)合材料制成的電導(dǎo)體優(yōu)點(diǎn)如下：大幅降低電阻；限制溫度效應(yīng)；抑制集膚效應(yīng)，能提高輸電線路的電能傳輸效率5％以上。這意味著在整個(gè)國(guó)家范圍內(nèi)節(jié)省顯著的成本和能源。例如，2015年中國(guó)的電能消耗在5500TWh，這一電能消耗的節(jié)省5％即為275TWh，比2015年整個(gè)澳大利亞的電能消耗(248TWh)還要多。因此，本發(fā)明的影響是極為顯著的。

本發(fā)明的實(shí)施例通過使用高導(dǎo)電性的石墨烯制備石墨烯/金屬復(fù)合材料導(dǎo)線，可以潛在地提高電力網(wǎng)傳輸線的導(dǎo)電率約5％。這意味著在整個(gè)國(guó)家范圍內(nèi)節(jié)省大量的成本和能源。

本發(fā)明的實(shí)施例利用了石墨烯獨(dú)特的導(dǎo)電性。電流在石墨烯原子平面上進(jìn)行傳輸。然而，制造和塑造一個(gè)大規(guī)模的石墨烯產(chǎn)品是極其困難的。發(fā)明者還提出了一種線制備方法來克服的石墨烯成形困難，可制造石墨烯/金屬復(fù)合材料高性能導(dǎo)體。通過粉末套管技術(shù)，我們可以生產(chǎn)的高密度和有序排列的石墨烯結(jié)構(gòu)，從而在大范圍內(nèi)顯著改善的電氣路徑。這種導(dǎo)體比現(xiàn)行的電線的導(dǎo)電率更高。

商業(yè)應(yīng)用不僅是可以作為電力傳輸線路線纜，而且可以應(yīng)用在包括高性能變壓器和電動(dòng)機(jī)等其他設(shè)備。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。