CN103811095A - 一种石墨烯电线电缆导体 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯电线电缆导体结构和制造方法，在导体电芯的表面直接生长单层、双层或者少层的石墨烯，利用石墨烯的超高载流子传输速度改善导体电芯的导电能力并提高其耐腐蚀能力。本发明所描述的一种石墨烯电线电缆导体，由导体电芯和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜附着于导体电芯表面,从而实现比原纯金属导体更强的导电性能及更好的抗腐蚀性能。

Description

一种石墨烯电线电缆导体

技术领域

本发明涉及电线电缆领域，具体涉及一种电线电缆导体的结构和制造方法。技术背景电线电缆是用以传输电力、传递信息和实现电磁能量转换的一大类电工线材产品。电线电缆是量大面广、用途遍及所有领域的一大类产品，也是任何一个用电场合必须的配套产品。

电线电缆是工业的血管，社会的神经，电机的心脏 。电线电缆产品有四个基本结构元件：导体、绝缘、屏蔽和护层。导体应有较高导电率和传输光波的能力。目前，电线电缆中的导体主要由铜材料作导电线芯材料。 作为电线电缆导体，铜具有以下有点： 1) 延展性能好，仅次于银而居第二位，2) 导热性能好，仅次于银和金而居第三位。  3) 塑性好，可用于加工成各种形状。4)易于焊接。5) 机械性能好，有足够的抗拉强度和伸长率。6) .铜的柔韧度比较强，适用电线电缆的特点。 

但铜作为电线电缆导体，又有着成本高、抗腐蚀性差的特点。在一些应用环境中，需要在铜表面进行电镀金属涂层来增强铜的抗氧化能力。不仅成本高，而且还面临着环境污染，导电能力下降的缺点，限制了铜的使用。

 石墨烯是一种由纯碳原子组成的二维材料，有着所有材料中最高的载流子传输速度，超强的耐大电流能力，同时由于其致密的分子结构，除了氢原子以外的物质均不能透过石墨烯材料。将石墨烯结合金属材料，形成电线电缆的导体，不仅能够增强铜等金属材料的导电能力，减少铜等金属材料的使用，还能增强金属材料的抗腐蚀能力，从而为电线电缆行业带来成本、环保等方面的优势。

发明内容

本发明提供了一种石墨烯电线电缆导体结构和制造方法，在导体电芯的表面直接生长单层、双层或者少层的石墨烯，利用石墨烯的超高载流子传输速度改善导体电芯的导电能力并提高其耐腐蚀能力。为了实现上述目的，本发明所描述的一种石墨烯电线电缆导体，由导体电芯和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜附着于导体电芯表面；进一步，所述的石墨烯薄膜为10个碳原子厚度以下的石墨烯，优选5层以下的石墨烯；

进一步，石墨烯薄膜采用直接在导体电芯表面生长的方式，将石墨烯薄膜附着于导体电芯表面；

进一步，石墨烯薄膜的生长方式可以是普通的化学气象沉积方法，也可以是等离子体增强化学气相沉积法，或者微波增强等离子体化学气相沉积法；

进一步，石墨烯生长的碳源来自于含碳气体或者含碳液体或者含碳固体，可以涂覆于导体上或者置于导体附近，通过气化的方式，使碳到达导体表面进行生长；

进一步，所述的导体电芯可以是铜、银或者铝，也可以是在表面镀钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金等金属元素的铜、银或者铝导体；

进一步，可以将【金属-石墨烯】的结构作为基本结构，重复上述过程，制造以【金属-石墨烯】为基本单元的多层复合结构导体；

进一步，【金属-石墨烯】_n 结构，n大于等于1；

进一步，【金属-石墨烯】_n结构中，金属的种类在不同的第1至第n层，可以相同，也可以不相同，可以使用一种金属，也可以是多种金属的合金，或者多重金属镀层形成的导体。  

附图说明 

附图1 是本发明所述的石墨烯电线电缆导体的结构示意图，为第一种实施例。

附图2是本发明所述的石墨烯电线电缆导体的结构示意图，为第二种实施例。

附图3是本发明所述的石墨烯电线电缆导体结构示意图，使用【金属-石墨烯】n 结构， n=2 的实施例。

附图4是本发明所述的石墨烯电线电缆导体结构示意图，使用【金属1-金属2-石墨烯】-【金属3-石墨烯】结构。

具体实施方式

结合具体实施例和附图，对本发明做进一步的详细介绍，但本发明不局限于下述具体实施例。

实施例一： 请参阅图1 所示，选用铜线 10 作为导体，通过化学气象沉积的方式，使用甲烷等含碳气体作为碳源，在500~1100摄氏度进行石墨烯11的生长，具体步骤如下：步骤1 ：铜表面预处理，使用氢气等还原性气体，在500至1100摄氏度的无氧环境中，将表面的氧化物去除，使纯铜裸露于气氛中；步骤2：通入甲烷等含碳气体，使甲烷在高温下分解，释放碳原子，在铜表面自限制生长为石墨烯；步骤3：降温，取出表面生长有石墨烯的铜丝，制作完成石墨烯-铜丝电线电缆导体。 

实施例二： 请参阅图2所示，选用镀银 21 铜线20作为导体，通过化学气象沉积的方式，使用甲烷等含碳气体作为碳源，在500~1100摄氏度进行石墨烯22的生长，具体操作如下：步骤1 ：镀银铜线表面预处理，使用氢气等还原性气体，在500至1100摄氏度的无氧环境中，将表面的氧化物去除，使金属线裸露于气氛中；步骤2：通入甲烷等含碳气体，使含碳气体在高温下分解，释放碳原子，在金属线表面自限制生长为石墨烯；步骤3：降温，取出表面生长有石墨烯的金属线，制作完成石墨烯-金属电线电缆导体。

 实施例三： 请参阅图2所示，选用镀银 21 铜线20 作为导体，通过有机固体直接生长石墨烯的方式，使用固体碳源，在500~1100摄氏度进行石墨烯22 的生长，具体操作如下：步骤1 ：在金属丝表面涂覆含碳固体，如聚甲基丙烯酸甲酯，使金属丝的表面完整覆盖含碳固体；步骤2：使用氢气等还原性气体，在500至1100摄氏度的无氧环境中，将金属丝表面的含碳固体催化生长为石墨烯。步骤3：降温，取出表面生长有石墨烯的金属线，制作完成石墨烯-金属电线电缆导体。

实施例四：请参阅图2所示，选用镀铜 21 铝线20 作为导体，通过化学气象沉积的方式，使用气态碳源，在300~700摄氏度进行石墨烯22 的生长，具体操作如下： 步骤1 ：镀铜铝线表面预处理，使用氢气等还原性气体，在300至700摄氏度的无氧环境中，将表面的氧化物去除，使金属线裸露于气氛中；步骤2：通入甲烷等含碳气体，使含碳气体在高温下分解，释放碳原子，在金属线表面自限制生长为石墨烯；步骤3：降温，取出表面生长有石墨烯的金属线，制作完成石墨烯-金属电线电缆导体。

实施例五：请参阅图3所示，使用选用铜线 30作为导体，通过化学气象沉积的方式，使用气态碳源，在300~700摄氏度进行石墨烯31 的生长，具体操作如下： 步骤1 ：铜线表面预处理，使用氢气等还原性气体，在500至1100摄氏度的无氧环境中，将表面的氧化物去除，使金属线裸露于气氛中；步骤2：通入甲烷等含碳气体，使含碳气体在高温下分解，释放碳原子，在金属线表面自限制生长为石墨烯；步骤3：使用电镀的方法，在石墨烯 31表面电镀铜 32；步骤4，在电镀铜32的表面再一次使用化学气象沉积的方法生长石墨烯 33；步骤5：降温，取出表面生长有石墨烯的金属线，制作完成石墨烯-金属电线电缆导体。 实施例五中使用【金属-石墨烯】n 结构，n=2,在实际的使用中，n大于等于1即可。

实施例六：请参阅图4所示，使用选用铝线 40作为导体，在铝线外电镀铜41，通过化学气象沉积的方式，使用气态碳源，在300~700摄氏度进行石墨烯42 的生长，具体操作如下：步骤1 ：在铝线的表面电镀铜；步骤2：通入甲烷等含碳气体，使含碳气体在300至700摄氏度的高温下分解，释放碳原子，在铜表面自限制生长为石墨烯；步骤3：使用电镀的方法，在石墨烯表面电镀铜；步骤4，在电镀铜的表面再一次使用化学气象沉积的方法生长石墨烯；步骤5：降温，取出表面生长有石墨烯的金属线，制作完成电线电缆导体。实施例六中的金属1 为铝，金属2为铜，金属3为铜，金属2和金属3可以相同或者不相同。

Claims (9)

1.一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：电线电缆导体的主体由金属组成，金属导体的表面附有石墨烯薄膜。

2.根据权利1 所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：石墨烯的碳原子层数介于1至10层之间。

3.根据权利1所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：所使用的金属导体，可以是光滑的金属线，由铜、铁、铝等金属组成。

4.根据权利1所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：所使用的金属导体，也可以是表面镀有钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金等金属镀层的金属线。

5.根据权利1所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：所使用的结构由【金属-石墨烯】n 基本结构组成，n大于等于1。

6.根据权利4所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：导体由铜、铁、铝等金属组成，薄膜为铜、铁、铝、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金等金属镀层。

7.根据权利1、4所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：石墨烯是以化学气相沉积的方式直接生长于金属导体表面上。

8.根据权利6所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：化学气象沉积的方式可以是普通热化学气象沉积法，也可以是等离子体增强化学气象沉积法。

9.根据权利6所述的一种石墨烯电线电缆导体，其特征在于：石墨烯生成所使用的碳源可以来自于含碳气体，也可以来自于预涂覆于金属层上的含碳固体。

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