CN105308688B - 包括还原氧化石墨烯的材料，包括该材料的装置及制造该材料的方法 - Google Patents

包括还原氧化石墨烯的材料，包括该材料的装置及制造该材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含还原的氧化石墨烯的材料，其中，氧化石墨烯的还原程度显示出空间变化，以使材料在电导率和/或介电常数上显示出梯度。该材料可以例如被用于电气装置中，以用于场分级和/或电荷耗散目的。其中所述材料是有益的电气装置的示例，包括电缆附件、套管、电源电缆、微电子、开关装置等。本发明进一步涉及一种制造用于电气应用的材料的方法。该方法包括不同地处理氧化石墨烯元件的不同部分，从而在元件内实现氧化石墨烯的不同还原程度，从而得到具有电导率和/或介电常数梯度的样品。该材料例如可以通过施加热梯度到氧化石墨烯元件，或通过氧化石墨烯元件的照射来获得。

Description

包括还原氧化石墨烯的材料，包括该材料的装置及制造该材 料的方法
技术领域
本发明涉及氧化石墨烯基材料和使用氧化石墨烯基材料的电气装置的领域。
背景技术
在电技术的许多应用中，不同的电气特性的材料被结合。在电气装置内和周围的电场分布取决于在装置中使用的材料的电气特性，以及装置的几何形状。在交流应用中，场分布在很大程度上取决于该装置的材料的介电常数，而在直流应用中，场分布在很大程度上依赖于装置材料的电导率。
在许多装置中，显示非常不同的电/介电特性的不同材料相接触。在这样的装置中，电场的等势线倾向于集中在朝向低介电常数或低电导率区域的界面。接触的不同材料的介电常数/电导率之间的差越大，场分布变得越不均匀。电场的这种集中增加了电击穿的风险，并且该材料的绝缘性能因此受到损害。
发明内容
本发明涉及的一个问题是如何避免在电气装置中的电击穿。
提供一种包含氧化石墨烯还原的氧化石墨烯的材料，其中氧化石墨烯的还原程度表现出空间变化，以使材料在电导率和/或介电常数上表现出梯度。
在一个实施例中，所述材料的第一高电导率部分的电导率与所述材料的第二低电导率部分的电导率的比值超过102。
根据一个实施例，所述材料包括聚合物基质和填料颗粒的复合材料，所述填料颗粒包括还原的氧化石墨烯，其中所述填料颗粒的还原程度显示出空间变化。
所述材料可以包括氧化石墨烯纸，其已经以使得还原程度显示出空间变化的方式被还原。
根据一个实施例，至少两张氧化石墨烯纸通过粘合剂被粘合。
本发明还涉及包括本文公开的材料的电气装置。
一个实施例提供了包括氧化石墨烯材料的电气装置，其中氧化石墨烯的还原程度在材料内变化，以使材料在电导率和介电常数上表现出梯度。
通过在电气装置中使用这样的材料，可以实现在装置中的电场的平滑化。此外，也可以通过这样的材料来实现暴露于高电场的绝缘装置的表面上的电荷耗散的改善条件。
因此，可以实现降低电击穿的风险。
在一个实施例中，电气装置包括由所述材料制成的元件；至少第二电导率/介电常数的第二材料和第三电导率/介电常数的第三材料。第二电导率/介电常数比第三介电常数/电导率更高。包括氧化石墨烯还原的氧化石墨烯的元件被设置成桥接第一和第二另外材料。在本实施例中，元件具有至少两个不同电导率和/或介电常数的表面；并且所述元件的高电导率/介电常数表面与第二材料物理接触，并且所述元件的低电导率/介电常数表面与第三另外材料物理接触。
通过本实施例，实现了使第二和第三材料之间的电场分布变平滑。
在一个实施例中，电气装置是电缆附件；所述元件被设置为半导体层的进入接头绝缘中延伸；并且所述元件的高电导率/介电常数表面与所述半导体层物理接触。
在一个实施例中，电气装置是电源电缆，其具有绝缘层和至少一个半导体层；所述元件被设置在所述绝缘层的至少部分和所述至少一个半导体层中的至少一个之间；并且所述元件的高电导率/介电常数表面与所述至少一个半导体层中的至少一个物理接触。
在一个实施例中，电气装置包括绝缘间隔件，其被设置成机械地和电气地间隔开所述装置的被布置成处于不同电势的两部分；并且所述元件形成所述间隔件的表面的至少部分以便有利于电荷离开所述间隔件，其中所述元件的高电导率/介电常数表面面向所述间隔件的外侧。
根据一个实施例，电气装置是微电子部件，其包括至少一个电触点；并且所述元件被设置成使得所述元件的高电导率/介电常数表面与所述电触点物理接触
电气装置例如可以是电缆，电缆附件诸如电缆接头或电缆终端；包括间隔件的电气装置；微电子组件；套管；旋转机械等。
在一个实施例中，所述元件被设置成与所述装置的至少一个第二元件物理接触，其中所述第一元件的面向所述第二元件的表面处的材料具有与所述第二元件的电导率/介电常数相同数量级的电导率/介电常数。
在一个实施例中，所述元件形成所述装置的表面的至少部分以便有利于电荷离开所述装置，其中所述元件的高电导率/介电常数表面面向所述装置的外侧。
在一个实施例中，所述装置是电绝缘间隔件，其被设置成机械地和电气地间隔开装置的被设置成处于不同的电势的两部分。
在一个实施例中，材料的第一高电导率部分的电导率与材料的第二低电导率部分的电导率的比值超过102。在许多应用中，这一比值会相当较高，诸如例如超过105，超过108或更高。
在电气装置的一个实施例中，所述元件被设置成与该装置的至少一个第二元件物理接触，其中在所述第一元件表面的面对第二元件的表面处的材料具有与第二元件的电导率相同或类似数量级的电导率。
还提供了一种制造用于电气应用的材料的方法。该方法包括不同地处理氧化石墨烯元件的不同部分，从而实现氧化石墨烯在元件内的不同还原程度，制造导致在电导率和/或介电常数上具有梯度的元件。
在该方法的一个实施例中，该元件的至少一部分被暴露于第一温度，并且该元件的第二部分被暴露于第二温度，从而在元件内实现温度梯度，其中第一温度和第二温度不同，并且第一温度和第二温度中的至少一个是130℃或更高。
在该方法的一个实施例中，该元件的至少一部分暴露于照射，例如紫外线、激光、X射线、闪光或电子束照射。
在该方法中所使用的氧化石墨烯元件例如可以包括具有氧化石墨烯的聚合物基质和粒子填料的复合材料。可替代地，氧化石墨烯元件包括氧化石墨烯纸。
本发明的其它方面将在下面的详细描述和所附权利要求中被阐述。
附图说明
图1显示了氧化石墨烯(GO)的理想化学结构。
图2示出了对于已经暴露于不同温度的退火，从而导致不同还原程度的元件的电导率σ'的实部相对频率f的等温测量的结果。
图3是图2的测量结果的替代图示，其中σ'被绘制为退火温度在1Hz的固定频率下的函数。
图4示出了在1Hz的固定频率下GO元件的标准化介电常数如何随退火温度变化。
图5是呈具有氧化石墨烯的填料颗粒的聚合物基质的复合材料形式的σε梯度材料的一个实施例的示意图。
图6a示出了通过在不同温度下对GO元件的不同部分进行退火制造σε梯度材料的方法的一个实施例。
图6b示出了通过GO元件的照射制造σε梯度材料的方法的一个实施例。
图7a示出了沿电缆接头的一个实施例的轴线的示意横截面。
图7b示出了沿电缆接头的另一实施例的轴线的示意横截面。
图7c示出了沿电缆终端的一个实施例的轴线的示意横截面。
图7d示出了沿电缆终端的另一个实施例的轴线的示意横截面。
图8是电力电缆的一个实施例的示意图，其包括呈桥接层的形式的σε梯度材料的桥接元件。
图9是套管的一个实施例的示意图，其包括σε梯度材料的桥接元件。
图10是微电子装置的一个实施例的示意图，其包括σε梯度材料的桥接元件。
图11a是气体绝缘开关装置的一个实施例的示意图，其包括绝缘间隔件。
图11b是具有由σε梯度材料制成的桥接元件的绝缘间隔件的一个实施例的横截面。
具体实施方式
氧化石墨烯(GO)是具有单层或几层的分层碳石墨，其具有充足的官能团，诸如环氧基、羟基和羧基官能团。GO的理想化学结构示于图1中。
氧化石墨烯近年来已经引起更大兴趣，因为该材料是当从石墨制造石墨烯时的中间产物。在理想的石墨烯中，碳的单原子厚平面变体，sp2-杂化碳原子被排列为表现出高电导率的蜂窝状晶格。与此相反，在GO中的官能团的丰度部分地破坏晶格中的sp2-杂化，GO部分地包括四面体键的sp3碳原子。因此GO是绝缘的，并作为合成GO膜通常表现出1012Ωsq-1或更高量级的室温薄层电阻。
存在各种还原GO以加强其与石墨烯的化学亲和力的方法。还原GO的不同方法的回顾在由Pei，N和Cheng，H-M在Carbon 2012；50：3210-3228发表的“The reduction ofgraphene oxide”中被提供。虽然GO尚未被完全还原以制造完美的石墨烯，还原的GO，rGO的电导率大大高于如此合成的GO的电导率。已经实现了具有103S/cm数量级的电导率的还原GO，而如此合成的GO材料的电导率可能低于10-12S/cm。根据方法和条件，可以实现石墨烯碳晶格的电子结构的不同级别恢复，导致还原GO的不同样品的电导率值的广泛范围。
热还原是还原GO的一种方式，并且可以例如被实施为热退火。其他方法涉及照射，例如通过激光、紫外线、X射线、闪光或电子束(e束)照射的使用，其中，闪光照射涉及通过例如来自于相机闪光灯的高强度可见光照射材料。
测量结果表明，不同程度的还原可以依赖于还原环境获得。因此，通过改变在其下进行还原的条件，还原GO的电导率可以变化，该变化是由于还原GO的变化浓度。
在下文中，包含GO的材料将被称为GO材料。
在图2中，在升高的温度下被退火的GO材料的元件的交流电导率的实部σ'被绘制为频率f的函数。电导率相对频谱在从30℃至190℃的17个不同温度下获得，17个温度的步长为10℃。该测量等温地进行。
图3是图2的测量结果的另一图示，其中σ'在1Hz的频率下被绘制为退火温度的函数。在每个温度下，进行两个连续的测量，其分别由填充和空心方块示出。
随着频率接近零，交流电导率的实部σ'接近元件的直流电导率σdc。对于每个温度的σdc估值可以取自电导率的平台值。对于低于130℃的温度，没有电导率的平台期被看见，并且电导率仅随着温度适度升高。
如在图2和图3中可以看到的，电导率随着退火温度连续地增加。对于从大约130℃和更高温度，得到随着温度的升高更明显的增加。如下面所讨论的，这也是其中在低频下能看见电导率的直流平台期的第一温度，以及其中在第一和第二随后频率扫描(参见图3)之间，观察到增加的第一温度。因此，GO元件的热还原的开始似乎发生在大约130℃。在图2中，表示130℃的退火温度的曲线由箭头指示。温度越高，则GO将被还原的部分越大，并且电导率越高。在低于130℃的温度，电导率的微弱增加主要是由材料的电导率的温度依赖性引起的，即由导带中的载体数目随着温度升高而增加引起，而不是由材料中的化学反应引起的。
在190℃获得的直流电导率与在130℃获得的直流电导率的比值超过10个数量级：σdc(190℃)约为2·10-3S/cm，而σdc(190℃)在10-13S/cm的量级内。
如上所述，在130℃和更高的温度，在图3的两个连续扫描之间出现差别。这种差别表明，正如所料，在特定温度下元件中的还原GO的量随时间而变化-退火在进行测量的时候正在进行中。正在进行的退火处理可以被注意到，在其中退火处理在观察时标已经开始的温度下，σ'随着频率降低而轻微增加。等温扫描从高频到低频被执行。在需要较长时间的低频率测量中，观察到连续测量之间的差异，并且因此，退火处理在两个连续测量的获得之间进展。
一旦元件已经返回到表明还原过程是不可逆的室温，就重新测量元件的电导率：在室温下的电导率被发现与高温度值几乎相同，只略低，当考虑到进入导带的载体在较高温度下的较大激发时，这是可以被预期的。
材料的介电常数ε'显示了随着退火温度升高的相应增加。在频率1Hz下介电常数作为温度的函数的测量结果示于图4。在图4中，标准化介电常数εN在1Hz的频率下被绘制为温度的函数，其中εN被定义为ε'(T)/ε'(30℃)。如在图4中可以看出，在130℃左右或更高的温度下，介电常数显示出随温度的显著增加。在图4中，20℃至170℃的温度范围内的测量结果被示出，并且由于分辨率原因，更高温度已被省略。但是，对于较高温度显著增加继续。例如，在180℃，标准化的介电常数，εN(180℃)被测量为约9000。
根据本发明，由还原氧化石墨烯的不同方法所得到的电导率和/或介电常数变化，可被利用以制造在电导率和/或介电常数上表现出梯度的GO材料：通过改变材料中的还原水平，材料中的电导率和/或介电常数会有所不同，并且因此实现在介电常数和电导率上的梯度。具有变化的还原程度的GO材料在这里将被称作σε-梯度材料，并且在电导率和/或介电常数上的梯度将被称为电导率/介电常数梯度。导致电导率增加的GO还原增加将往往也导致介电常数的增加，反之亦然。
电导率/介电常数梯度例如在电气装置的电场控制中可能是有用的。例如，σε-梯度材料可以被使用，以促进在电气装置中从高电场到低电场的平滑过渡，所述电气装置例如是电缆绝缘、电缆接头、电缆终端、套管、微电子装置等。
此外，σε-梯度材料也在用于高电场的电绝缘装置，诸如电绝缘间隔件的表面上是有用的。通过在表面上使用σε-梯度材料，可以接口较少的方式来实现任何积累电荷的耗散。
因此，σε-梯度材料在许多不同的电气装置中将是有利的，所述电气装置例如是其中电压跨相当不同的电导率/介电常数的两种材料被施加的装置：σε-梯度材料可以被用于不同电气特性的第一另外材料与第二另外材料之间的接合点，其中，σε-梯度材料的第一表面与第一另外材料接触，并且σε-梯度材料的第二表面与第二另外材料接触。σε-梯度材料可以例如以一种方式被包括在两种材料之间，使得σε-梯度材料的第一表面的电气特性与和第一表面接触的第一另外材料的相应电气特性具有类似的数量级，而σε-梯度材料的第二表面的电气特性与和第二表面接触的第二另外材料的相应电气特性具有类似的数量级。
被用于电气装置的σε-梯度材料的元件将被称为桥接元件，因为这种材料的元件可以有助于高场区域和低场区域之间的平滑过渡。因此，桥接元件是由具有变化的还原程度的GO材料制成的电气装置的一部分。这种桥接元件可以例如被有利地设置在两个或更多个不同电气特性的固体材料之间；或固体材料和流体之间，其中固体材料与流体具有不同的电气特性。
具有变化的GO还原程度的GO材料例如可以通过在温度梯度下对GO材料进行退火，和/或通过GO材料的照射而获得。
在σε-梯度材料的制造中被用作起始材料的GO材料可以例如是复合材料，其包括具有GO填料颗粒的聚合物基质。在一个实施方案中，在低于GO的还原温度的温度下固化的热固性聚合物，被用作复合基质。如从上面给出的测量结果可以看出的，GO的还原温度典型地约为130℃。这种热固性聚合物基质的例子包括环氧树脂、聚氨酯(PU)和交联聚乙烯(XLPE)。通过使用在GO的还原温度以下固化的热固性基质材料，在固化过程期间还原GO填料颗粒的风险被消除。
在另一实施方案中，弹性体，例如硅橡胶或三元乙丙(EPDM)橡胶，被用作复合基质。在又一实施方案中，热塑性聚合物被用作复合基质。可以用来作为复合基质的热塑性聚合物的示例包括低或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSU)、聚苯醚(PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)等。当通过将GO填料颗粒混入呈熔融形式的基质材料来使用热塑性基质制造复合材料时，如果基质的熔化温度位于130℃以上，混合过程优选应快速，以尽量减少GO填料颗粒的任何还原。该复合材料的冷却可以根据产生期望的σε-梯度的空间冷却轮廓来执行。
在本发明的一个实施例中，其中复合GO材料被用作起点，GO填料颗粒在聚合物基质中的浓度是均匀的。常常，GO填料颗粒的浓度使得渗滤阈值被达到或超过。GO填料颗粒的浓度可以例如位于0.1至50体积％的范围内。在一个实施方案中，浓度位于1至10体积％的范围内。
在复合GO材料的另一实施方案中，GO填料颗粒的浓度在复合材料内变化。
GO填料颗粒可以例如是粉末的形式。GO填料颗粒通常是薄片形状，其中薄片典型地包括一个或多个单个GO层的堆叠。薄片形GO填料颗粒的宽度可以例如位于0.05μm至1cm的范围内，并且薄片状GO填料颗粒的厚度可以例如在0.4nm至10μm的范围内。其它尺寸的填料颗粒可以可替代地被使用。这种颗粒的制造是众所周知的，并且例如可以通过Hummer的方法，或由改性Hummer的方法，或以任何其他合适的方式来进行。在Hummer的方法中，石墨到氧化石墨的氧化通过使用浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾的无水混合物处理石墨来实现。对于Hummer的方法的更完整描述，例如参见由D.R.Dreyer，S.Park，C.W.Bielawski和R.S.Ruoff在Chem.Soc.Rev.2010，39，228-240中发表的“The chemistry of grapheneoxide”。
复合GO材料500的一个示例在图5A中被示意性示出。聚合物基质505包括GO-填料颗粒510。聚合物基复合GO-材料可被制成散装尺寸，或薄膜尺寸。在图5中所示的复合GO-材料具有厚度d。
制造复合GO材料500的方法的一些示例可以在由D.R.Bortz，E.G.Heras和I.M.Gullon在Macromolecules2012，45，238-245，dx.doi.org/10.1021/ma201563k中发表的“Impressive Fatigue Life and Fracture Toughness Improvements in GrapheneOxide/Epoxy Composites”；和由M.Moazzami Gudarzi和F.Sharif在eXPRESS PolymerLetters，卷6，第12期(2012年)1017-1031中发表的“Enhancement of dispersion andbonding of graphene-polymer through wet transfer of functionalized grapheneoxide”。制造复合GO材料的其它方法可以可替代地被使用。
在另一个实施例中，被用作用于σε-梯度材料的制造的起点的GO材料从GO纸获得。GO纸是市售的，并且例如可由氧化石墨通过Hummer的方法，接着借助通过膜滤器过滤所得到的胶体悬浮液的过滤和干燥制成。GO纸的厚度通常落在10至100μm的范围内，尽管不同厚度的纸也可以被使用。
在只需要一薄层GO材料的应用中，GO纸例如可以用作用于σε-梯度材料的起始材料。GO纸也可以被用于如下应用，在应用中需要σε-梯度材料的较厚片材或块材，和/或σε-梯度材料的更大面积将是有用的：若干个GO纸张然后可被堆叠并粘合在一起，以例如通过粘合剂诸如环氧树脂来增加材料的厚度。此外，粘合剂诸如环氧树脂可用于将GO纸张接合到相邻的GO纸张，以获得更大面积的GO纸张。
被用作用于σε-梯度材料的起始材料的GO材料也可以由石墨烯纸或独立的石墨烯层来获得，其被氧化以获得GO纸，或独立的GO层。如果需要，以这种方式获得的两个或更多个GO片材可通过粘合剂诸如环氧树脂被接合，以获得更高厚度和/或更大面积的GO元件。
由图2至4示出的用于实验中的如此合成的GO是使用如上所述Hummer的方法制造的市售GO纸。
在下文中，将讨论由GO获得σε-梯度材料元件的不同方法。术语元件被用来指任何材料件，例如用于电缆绝缘的大型层、材料散装件、薄膜等。
如上所述，σε-梯度材料可以通过允许将GO元件中的GO还原到不同程度而获得。其中更高百分比的GO已经被还原的GO元件的部分将因此具有更高的电导率，并且反之亦然。在相同GO元件内的不同还原程度可以例如通过照射，和/或通过施加不同的温度到元件的不同部分实现，其中元件的至少一部分的温度超过130℃。
GO材料在温度梯度下的退火可以例如通过保持GO元件的一个部分在第一温度下，并且元件的第二部分在第二温度下进行，其中第一和第二温度不同，并且它们中的至少一个超过还原开始温度，所述开始温度通常是130℃左右。如果需要，元件的其他部分可以被保持在其他温度下。
GO元件在温度梯度下的退火将导致σε-梯度材料，其中电导率σ和介电常数ε将从元件的一部分增加到另一部分。最高电导率σH和最高介电常数εH将在元件的在最高温度Thigh下退火的部分中得到，反之亦然。因此，不同的温度可以根据σε-梯度材料的期望的电导率跨度来选择。在σε-梯度材料的制造中选择退火温度时能被使用的表的示例在下表1中被提供。在表1中给出的数字是由图2至4中所示的测量结果得到的，其说明了在同一元件内可获得的电导率的巨大跨度。然而，数字是近似值，就在特定温度下的还原程度也取决于元件被保持在特定温度下期间的持续时间，因此，在特定的退火温度下，根据退火时间，可以获得较高或较低的电导率。然而，测量表明，GO材料的不同成分将在不同温度下还原，使得在各温度下将获得与退火时间无关的最大还原。
表1.如通过在不同温度下退火所得到的在1Hz下的交流电导率的实部
在1Hz下的σ'(S/cm) 退火温度T(℃)
2 10-13 130
6 10-13 140
5 10-12 150
4 10-10 160
9 10-8 170
8 10-5 180
2 10-3 190
一旦还原到合适的σε-梯度，电气装置的桥接元件的工作温度可以例如低于130℃，以最小化GO材料的任何进一步还原。然而，根据应用，较高的工作温度也可以被使用。
图6a示出了GO的元件600如何通过保持元件600的第一表面在高温Thigh下，同时保持元件600的第二表面在低温Tlow下被退火。
如果需要一个元件，其中电导率梯度仅存在于元件的一部分内，该元件的一个表面可以例如被保持在远低于130℃的还原开始温度的温度下。此外，如果需要，可以施加两个以上的不同温度给GO元件，以得到电导率/介电常数的更复杂梯度。
退火时间可以例如位于1分钟至24小时或更长的范围内。在由GO材料获得σε-梯度材料的过程的一个实施例中，一旦期望的温度梯度已经达到，退火时间就位于1至120分钟的范围内。当对热导率低的GO元件，例如某些高分子复合材料500进行退火时，或当对GO材料的大元件进行退火时，该退火时间将更长，以允许元件内的温度达到期望的温度梯度。
使用高能辐射，例如激光、紫外线、X射线、闪光或电子束照射的GO材料的照射是获得GO材料的还原程度变化，以及由此获得电导率梯度的另一种方式。图6b示出了通过GO元件600的一部分的照射制造σε-梯度材料的方法。
GO材料的照射似乎通过不同的机制造成GO材料的还原：照射引起GO材料升温，从而有助于该材料的热退火。因此，元件表面的照射会引起元件内的温度梯度。通常得到的表面温度随着辐射强度和照射时间的增加而增加，并且随着辐射频率的增加而增加。此外，辐射可以穿透元件，并与GO材料的化学结构相互作用，和/或增加元件内的温度。
在GO的激光照射还原的一个实施例中，Nd：YAG激光器在脉冲模式下被使用。脉冲Nd：YAG激光照射的参数可以例如在以下范围内：
平均功率：0.1-10W，例如1-5W；
光束尺寸：1-20mm，例如5-10mm；
扫描速度：100-300mm/min，例如150-250mm；
脉冲持续时间：1-5ms，例如2-3ms；
脉冲频率：1-50Hz，例如10-20Hz；
替代地，连续模式的Nd：YAG激光可以被用于GO的还原。连续的Nd：YAG激光照射的参数可以例如在以下范围内：
平均功率：0.1-10W，例如0.5-3W；
光束尺寸：0.1-10mm，例如0.5-4mm；
扫描速度：100-300mm/min，例如150-250mm；
Nd：YAG激光照射被给出仅作为示例，其它类型的激光器也可以被使用，例如Kr激光器、KrF准分子激光器、Yb：YAG激光器、InGaAsP激光器、一氧化碳激光器、二氧化碳激光器、皮秒激光器等。事实上，不破坏材料的任何激光源都可以被使用。此外，其它类型的照射也可以被使用，如上所述。
在电气应用中σε-梯度材料在很多装置中可能非常有用。包括σε-梯度材料的桥接元件的装置的示例示于图7-11。在图7-11中，桥接元件的高电导率/介电常数部分由σH表示，而桥接元件的低电导率/介电常数部分由σL表示。因此，虽然常规用于表示电导率，希腊字母σ在图7-11中表示电导率和/或介电常数。
在一个实施方案中，还原程度可以从该材料的低电导率/介电常数表面连续增加到材料的高电导率/介电常数表面，这种变化在这里被称为逐渐变化。如果在σε-梯度材料内的梯度已通过退火被实现，其中在退火期间在材料内的温度变化是线性的，电导率和介电常数的变化通常将分别类似于图3和图4中的电导率/介电常数的变化。图3和图4中的变化具有指数特征。电导率/介电常数的其它变化可以可替代地被实现，例如通过施加不同的温度梯度，通过照射，通过改变退火时间等。
如上所述，σε-梯度材料可以被使用以便于促进在电气装置，例如电缆绝缘、电缆附件诸如电缆接头和电缆端子、微电子装置等内，从高电场到低电场的平滑过渡。在下文中，图7至图10示出了装置的非详尽选择，其包括σε-梯度材料的桥接元件，用于电场分级的目的。
电缆接头700的一个实施例的示例的轴向横截面在图7a中被示意性示出，该电缆接头包括σε-梯度材料的桥接元件705。只有电缆接头700的在轴向对称线704的第一侧上延伸的部分被示出。电缆接头700被设置为提供两个电缆701a和701b之间的连接的绝缘。除了桥接元件705，图7a的电缆接头被示出为还包括被称为接头绝缘710的绝缘部分；呈接头半导体层712形式的绝缘屏幕；用于将第一电缆701a的导体的一端连接至第二电缆701b的导体的一端的接头接触器715；和半导体偏转器717，其被设置成围绕接头接触器715的屏幕。为了说明的目的，接头接触器区域的细节没有被示出，但是接头接触器区域715被示出为简单的圆筒。
电缆701a，b通常包括导体725，内部半导体层730，绝缘层735和外部半导体层740。
图7a的桥接元件705被设置成在电缆接头700使用时，充当电缆701a，b的外部半导体层740进入到电缆接头700内的延伸，并且桥接元件705典型地与电缆701a，b的外部半导体层740电接触。图7a的桥接元件705从第一电缆701a的外部半导体层740延伸进入接头绝缘710，围绕偏转器717，到第二电缆701b的外部半导体层740。图7a的桥接元件705具有电导率/介电常数梯度，使得电导率/介电常数在面向外部半导体层740的端部，以及在预计高电场的中心线703附近取高值，而在预计电场更低的桥接元件705的端部和桥接元件705的中部之间，电导率/介电常数取较低值。因此，在本实施例中，桥接元件705的低电导率/介电常数部分将主要是在桥接元件705内部。
图7a的电缆接头被示出为包括从电缆接头700的一端延伸到另一端的单个桥接元件705。这种结构例如在直流应用中可能是有利的，但也可以在交流电缆接头中使用。在图7a中，桥接元件705被设置在偏转器717的外侧，并且可替代地可以被设置在例如接头接触器715和偏转器717之间。
电缆接头700的另一个实施例示于图7b，其包括σε-梯度材料的桥接元件705。在本实施例中，电缆接头700包括两个桥接元件705，每一个桥接元件分别在电缆接头700的每一端。在图7b所示的实施例中，当电缆接头700使用时，桥接元件705从电缆701的外部半导体层740延伸进入桥接元件705终止的绝缘层710。桥接元件705的高电导率/介电常数表面面向外部半导体层740，而低电导率/介电常数表面面向接头绝缘710。
其中电缆接头700包括不相遇的两个分开的桥接元件705的实施例在交流应用中可能是特别有用的，但其也可以被应用到直流电缆接头700。在图7b中，接头绝缘710被示出为分离桥接元件705和偏转器717。在另一实施方式中，桥接元件705可以被设置成从电缆701的外部半导体层740一直延伸到偏转器717。
在图7b中，桥接元件705的外侧被示出为圆筒状，但圆锥形、圆柱形和圆锥形的组合，或任何其它合适的形状也是可预期的。
在图7a和图7b中，接头半导体层712被示为在轴向方向上从电缆接头700的中心延伸超出桥接元件705和外部半导体层740之间的界面，而接头绝缘在轴向方向上不会达到和桥接元件705与外部半导体层740之间的界面一样远。这种结构在电场分级方面往往是有益的。
图7a和图7b的电缆接头700被示出为围绕中心线703对称。然而，被设置成接合不同直径的电缆701a，b的电缆接头700将具有带有第一直径的开口的第一侧，和具有第二直径的开口的第二侧。桥接元件705将被相应地设计。
由σε-梯度材料制成的桥接元件705在电缆终端可能同样是有益的。电缆终端例如可以与电缆接头700的第一侧类似的方式被设计。包括桥接元件705的电缆终端750的示例示于图7c和7d。仅电缆终端750的在轴向对称线704的第一侧上延伸的部分被示出。
图7c的电缆终端750具有桥接元件705，其从电缆701的外部半导体层740通过电缆终端750，一直延伸到达电缆终端的供电缆701的导体725离开的另一端755。桥接元件705的高电导率/介电常数端面向电缆701的外部半导体层740，而低电导率/介电常数端面向电缆终端750的另一端755。其中桥接元件705延伸通过整个电缆终端750的电缆终端750，在直流应用中可能是特别有用的，但也可以被用于交流应用中。
在另一方面，图7d的电缆终端750具有桥接元件705，其仅延伸越过电缆终端750的另一端755和外部半导体层740之间的距离的部分，桥接元件705典型地与外部半导体层740电接触。这种桥接元件705的高电导率端面向电缆701的外部半导体层740。
电缆接头700或电缆终端750的桥接元件705可以分别是电缆接头700或电缆终端750的固定部分。在另一实施方式中，在电缆701被输入到电缆接头700或电缆终端750之前，桥接元件705可以被安装在电缆绝缘735上，该电缆绝缘例如呈胶带或纸膜的形式。
接头绝缘710通常由绝缘弹性体，诸如硅橡胶或EPDM橡胶制成。图7的桥接元件705例如可以由变化还原程度的GO颗粒填料的弹性体的复合材料制成，或由含有已经被还原到变化程度的GO的任何其它合适材料制成。
在直流电缆接头700或直流电缆终端750的一个实施例中，高电导率σH可以例如与外部半导体层740的电导率具有相同或类似的数量级，并且低电导率σL例如可以与接头电缆绝缘730的电导率具有相同或相似的数量级。
类似地，在交流电缆接头700或交流电缆终端750的一个实施例中，高介电常数部分的介电常数εH可以例如具有与外部半导体层725的介电常数相同或类似的数量级，低介电常数表面或低电导率部分707b的介电常数εL例如可以具有与接头电缆绝缘730的介电常数相同或相似的数量级。
桥接元件705的高电导率部分可以例如具有在10-4至102S/cm范围内的电导率σH，而低电导率部分可以例如具有在10-16至10-12S/cm范围内的电导率σL，并且在其间具有逐渐变化的电导率。在一个实施方式中，电导率位于10-2<σH<102S/cm并且10-16<σL<10-15S/cm的范围内。
在电缆接头700的交流应用中，桥接元件705的高介电常数表面的介电常数可以例如在10<εH<106的范围内，而低介电常数表面或部分的介电常数可以例如在2<εL<10的范围内，并且在其间逐渐变化。在一个实施方式中，桥接元件705的高和低介电常数分别位于10<εH<20和2<εL<4的范围内。
电缆接头700或电缆终端750的桥接元件705的厚度可以例如与外部半导体层240的厚度相同或相似，其往往落入0.1至10mm的范围内，并且通常在0.1至4mm的范围内。然而，很多时候，桥接元件705的厚度超过外部半导体层740的厚度并且可以例如取在1至10倍的外部半导体层的厚度的范围内的值，例如在1至3倍的范围内。桥接元件705的长度，即桥接元件705在电缆接头700/电缆终端750的轴向方向上的延伸，可以例如位于1毫米到电缆接头700/电缆终端750的长度的范围内，该长度可以是50cm或更长。
虽然未在图7a和7b中示出，如果需要，电缆接头700的桥接元件705可以具有比电缆701a，b的外部半导体层740更大的厚度，如在图7c和7d中所示。桥接元件705可以例如与电缆的外部半导体层740重叠，如在图7a至7d中所示，或者可以被设置成刚好接触外部半导体层740。
图7a-7d是电缆接头和电缆终端的示意图，并且如果需要，电缆附件可以包括另外的组件，诸如外壳，用于电缆端部(如果是电缆终端)的金属连接件，以及另外的应力消除结构，诸如几何场分级结构等。
图8示意性示出了电源电缆800的径向截面。电源电缆800包括导体810，其被示为实心导体(可替代地可使用包括多股的导体)。电缆800还包括内部半导体层815，绝缘层820和外部半导体层825。
导体和电源电缆的(通常接地的)外部之间的电压降的大部分跨绝缘层820出现。典型地，在绝缘层820内期望均匀的电场。在传统的电源电缆800中，两个主要效果有助于绝缘层820中的电场沿径向方向的变化：圆形几何形状有助于朝向电缆800的外部的电场中的逐渐减小；而温度上升，温度在靠近导体810的区域更高，有助于朝向电缆800的外部在电场中的逐渐增加。然而，这两个贡献通常具有不同的量级，并且因此，存在在电源电缆800的绝缘层820内的电场会不均匀的风险。
为了使在绝缘层820中的电场平滑，σε-梯度材料的桥接元件805可以被包括在绝缘层820和半导体层中的至少一个半导体层之间。
在许多传统的电源电缆800中，朝向绝缘层820外部的电场较高，因为朝向外部的温度将比接近导体810的更低，从而在朝向电缆的外部比在导体810附近在绝缘层820内产生更低的电导率。为了降低这种影响，桥接元件805可被使用，其朝向电源电缆的外部具有更高的电导率/介电常数，并且朝向导体810具有更低的电导率/介电常数。这种情况适用于图8中所示的实施例。在其它实施方式中，尤其取决于电缆800的厚度和施加到电缆的电压，高电场区域可以位于导体810的附近，并且桥接元件805的高电导率/介电常数表面可以被设置成邻近内部半导体层815。在又一个实施方式中，电源电缆805包括两个桥接元件：一个被设置在绝缘层820的外表面，一个被设置在绝缘层820的内表面。
在电源电缆800的一个实施例中，内部和/或外部半导体层815和825由桥接元件805形成，从而不需要单独的内部和/或外部半导体层。
在包括桥接元件805的电源电缆800的一个实施例中，整个绝缘层820由GO材料制成，其中绝缘层材料的一部分被逐渐还原以形成桥接元件805。在另一实施例中，桥接元件805由逐渐被还原的GO材料形成，而绝缘层820的另一部分由不同的绝缘材料制成。
在电缆800的直流实施方式中，桥接元件805的高电导率表面可以例如具有在10-4至102S/cm范围内的电导率σH，并且桥接元件805的低导电率表面可以例如具有10-18至10- 12S/cm范围内的电导率σL，其间电导率逐渐变化。在一个实施方式中，电导率位于10-2<σH<102S/cm以及10-18<σL<10-16S/cm的范围内。
在交流电源电缆800的一个实施例中，高介电常数εH可以例如在10至106的范围内，低介电常数εL例如可以在10至20的范围内。在一个实施方式中，介电常数位于2<εH<4并且2<εL<3的范围内。
电源电缆800，其包括呈σε-梯度材料的桥接层形式的桥接元件805，可以例如通过挤出制造，其中半导体层和绝缘层共同挤出，并且其中绝缘层820至少部分地包括GO材料，例如聚合物基质和GO填料颗粒的复合材料。
此外σε-梯度材料的桥接元件可被用于在交流和直流应用中的套管内的电场分级。在一个实施例中，套管包括由导电材料制成的同轴箔，其同轴环绕延伸通过套管的导体，同轴箔形成所谓的电容器芯。电容器芯的箔通常由电介质绝缘材料分离，例如诸如油浸渍或树脂浸渍纸，或其它合适的电绝缘材料。σε-梯度材料的桥接元件例如可以被应用在箔边缘，例如在最外侧箔的边缘；或在所有箔上；或除了一个、两个或三个箔的所有箔上；或任何其它数量的箔边缘。桥接元件可以因此用作箔和绝缘材料之间的桥。图9示意性地示出了套管900的一个示例，其用于在处于高电位的导体904中携带电流通过平面903，其中套管900包括σε-梯度材料的桥接元件905。在图9中还示出了凸缘906。
图9的套管900的桥接元件905被设置为导电箔910在电容器芯915中的箔边缘913处的延伸。图9的桥接元件905被居中设置为箔边缘913的延伸。或者，桥接元件905的一部分可以被设置在箔边缘913处的箔910的表面上。图9的桥接元件905可以采取任何适当的长度。在一个实施例中，桥接元件905的延伸超出箔边缘913的部分的长度位于四倍于套管的中间箔分隔距离的范围内或更小，但是更长的桥接元件905也可以被预期。桥接元件905的高电导率/介电常数表面被设置为与导电箔边缘913接触，而桥接元件的低电导率/介电常数表面被设置为延伸到箔910之间的绝缘材料916内，远离箔910。图9的套管900被给出仅作为示例，并且σε-梯度材料在套管900中的使用不限于箔边缘，或者不限于包括电容器芯915的套管900，而是可以用于电场分级、电荷耗散等目的的任何套管的任何部分。
在直流套管900的一个实施例中，桥接元件905的高电导率σH例如可以具有在10-4至102S/cm范围内的电导率σH，而低电导率部分可以例如具有10-16至10-12S/cm范围内的电导率σL，在其间电导率逐渐变化。在一个实施方式中，电导率位于10-2<σH<106S/cm并且10-16<σL<10-13S/cm的范围内。
在交流套管900的一个实施例中，桥接元件905的高介电常数表面的介电常数可以例如在10<εH<106的范围内，而低介电常数表面或部分的介电常数可以例如在2<εL<6的范围内，在其间逐渐变化。在一个实施方式中，桥接元件705的高和低介电常数分别位于10<εH<106及3<εL<5的范围内。
电缆附件700、电缆800和套管900被给出仅作为装置的示例，其中σε-梯度材料的桥接元件在电场分级方面将是有益的，并且σε-梯度材料的桥接元件可被用于各种电气设备的电场分级。σε-梯度材料可以例如被用于常规电场分级材料现今被使用的所有应用中，该常规电场分级材料的电导率/介电常数随电场强度变化。例如，σε-梯度材料可以被用在旋转高压机器的端部电晕保护中。
如上所示，用于电场分级的σε-梯度材料的应用，在电场预计将很强的高电压和/或高功率装置中可以例如是有益的。此外，σε-梯度材料在有要求使电场平滑的电技术的其他领域中，例如在微电子器件中可能是有用的。图10示出了在基板1015上具有绝缘层1010的芯片1000的示意图，其间具有电触点1020。触点1020的边缘周围的区域经常被暴露于电场应力。为了使触点1020的边缘周围的电场平滑，桥接元件1005可以被设置在接触边缘，从而使桥接元件1005的高电导率表面被设置成与接触边缘接触，而桥接元件1005的面向基板1015和绝缘层1010的表面的电导率较低。
在一个实施方式中，面向绝缘层1010的表面的电导率比面向基板1015的表面的电导率更低。
在直流应用中，面向触点1020的桥接元件1005的表面例如可以具有在10-4<σH<106S/cm范围内的电导率σH，并且面向绝缘层1010的表面可以例如具有在10-18<σL<10-12S/cm范围内的电导率σL。在一个实施方式中，桥接元件1005面向触点1020的表面具有在10-2<σH<106S/cm范围内的电导率σH，而面向绝缘层1010的表面具有在10-16<σL<10-14S/cm范围内的电导率σL。
同样地，在用于交流应用的芯片1000中，桥接元件1005可以例如被设计为使得邻近触点1020的高介电常数表面的介电常数εH取在10至106范围内的值，并且邻近绝缘层1010的低介电常数表面的介电常数εL可以例如取2-4的范围内的值。在一个实施方式中，桥接元件1005的高和低介电常数分别在10<εH<106和2<εL<3的范围内。
图10的芯片1000只是桥接元件1005可以被使用的微电子装置的示意图，并且桥接元件1005可以被用于需要局部电场增强的平滑化的任何微电子器件中。
微电子芯片1000通常覆盖有包装材料的绝缘层1010，例如硅橡胶或EPDM橡胶。因此，在桥接元件1005中，往往实用的是使用基于与绝缘层1010相同的包装材料的基质的复合σε-梯度材料。然而，可以可替代地使用其它材料。
面向绝缘层的桥接元件1005的表面可以例如是弯曲的，如图10所示，以也实现电场的几何分级。这也适用于其他的桥接元件，例如在图7中所示的桥接元件705，图9中的桥接元件905。此外，如果需要，σε-梯度材料的电场分级可以与其它电场分级材料相结合。
在上文中，不同的电气装置已被描述，其中σε-梯度材料被用于平滑电场。其中σε-梯度材料被用于平滑电场的上述电气装置，作为示例被提供，并且σε-梯度材料可以被用于需要电场分级的任何电气装置中。
除了电场分级应用，σε-梯度材料也可以用在电气应用的其他方面。例如，σε-梯度材料可以被使用，用于促进暴露于高电场的装置，例如诸如高电压装置中的电绝缘间隔件的表面上累积电荷的耗散的目的。
图11a和11b示出了在气体绝缘开关装置(GIS)应用中σε-梯度材料的使用，用于电荷耗散目的。图11a示出了气体绝缘开关装置1100的一部分，其中导体1110被设置在填充有绝缘流体，诸如SF6的(典型地金属)笼1115内。气体绝缘开关装置1100还包括一个或多个电绝缘间隔件1120，其被布置成机械地保持导体1110远离笼1115，或从非填充区域到填充有SF6气体的分离区域，以及从笼1115上导体1110电绝缘。
在高电场下，笼1115内部的绝缘性流体可离解成离子。因此，存在离子积聚在间隔件的表面上，并且这样的积聚离子可能最终导致故障的风险。
为了减少这种表面电荷失效的风险，桥接元件1105可以被设置在间隔件1120的表面。桥接元件1105的高电导率表面形成间隔件1120的表面，而桥接元件1105的低电导率表面面向间隔件1120的内部。通过在间隔件1120的表面处包括桥接元件1105，在间隔件1120的表面处的电导率可以被定制，使得撞击间隔件表面的任何气体离子都能在由累积的电荷引起的失效发生前耗散。
在σε-梯度材料的本申请中，桥接元件1105的高电导率表面将通常仍具有相对低的电导率σH，例如在10-14至10-8S/cm的数量级内，以便维持间隔件1120的绝缘特性。桥接元件1105的低电导率表面的电导率σL可以例如落在10-16至10-12S/cm的范围内。在一个实施方式中，桥接元件1105的高和低电导率分别取在10-12<σH<10-10以及10-16<σH<10-12范围内的值。此外，桥接元件1105，即间隔件1120的表面区域，其电导率高于间隔件1120的散装材料的电导率，可以有利地很薄，例如为1μm至1mm的量级。
图11b示意性地示出了具有桥接元件1105的间隔件1120的示例的径向横截面。间隔件1120具有凹圆柱形设计，具有供导体1110延伸穿过的中心孔1125。桥接元件1105可以例如覆盖间隔件1120的整个表面。间隔件1120的其它几何设计可以可替代地被使用。
在一个实施例中，整个间隔件1120由GO材料制成，其中在间隔件1120的外表面的GO材料被逐渐还原，以形成桥接元件1105。以这种方式，可以更少界面的方式实现电荷耗散，即在不同材料之间无接合，从而减少了在材料界面电气故障的风险。在另一个实施例中，GO材料的外层被设置在间隔件1120的表面，而间隔件1120的内部部分具有不同的材料。
在上文中，桥接元件1105已被描述为在从间隔件表面朝向间隔件内部的方向上具有σε-梯度。在GIS设备中桥接元件1105可替代地或另外地沿间隔件的半径具有σε-梯度，这样的σε-梯度用于电场分级的目的：间隔件1120周围的电场在导体1110附近比在笼1115附近更高，并且通过桥接元件1105在导体1110附近比在笼1115附近具有更高电导率/介电常数，电场将被平滑化。
在图11a中，具有桥接元件1105的间隔件1120被用于GIS设备中。然而，具有桥接元件1105的间隔件1120还可有利地被用于包括间隔件并且存在电荷积累在间隔件表面上的风险的其它装置中。
电荷耗散桥接元件也可以被用于其他装置中，其中存在由在装置的表面上累积的电荷引起失效的风险。
如以上所讨论的，其中氧化石墨烯的还原程度在整个材料中变化的GO材料，在许多电气应用中是有用的。图7至11中所示的电气装置被提供仅作为示例，并且σε-梯度材料可被用于其中电导率和/或介电常数的梯度是有利的任何类型的电气装置中。正如从上面讨论的示例中可以看出的，σε-梯度材料的桥接元件的高电导率/介电常数表面的还原程度和桥接元件的低电导率/介电常数表面的还原程度之间的差异将根据应用而变化，并且上面指出的范围仅仅是示例。然而，在大多数应用中，在还原的差别将使得高电导率表面的电导率与低电导率表面的电导率的比值将超过102。在许多应用中，该比值会相当高，例如105或更高，或高达108或更高。
除非另有说明，在上文中的电导率和介电常数值指的是用于1至20千伏/毫米范围内的电场水平的室温值。然而，本发明可以被用于其它温度和其他水平的电场。
尽管本发明的各个方面将在所附权利要求中被阐述，本发明的其他方面包括在上面的描述和/或所附权利要求中提出的任何特征的组合，而不仅仅是在所附权利要求中明确阐述的组合。
本领域技术人员将理解，本文中所提出的技术并不限于在附图和前述详细描述中公开的实施例，其仅被提出用于说明目的，它可以以多种不同的方式来实施，并且由以下权利要求限定。

Claims (20)

1.一种包括还原的氧化石墨烯的材料，其中，
所述氧化石墨烯的还原程度显示出空间变化，以使所述材料在电导率和/或介电常数上显示出梯度，其中所述还原程度穿过所述材料连续增加。
2.根据权利要求1所述的材料，其中
所述材料的第一高电导率部分的电导率与所述材料的第二低电导率部分的电导率的比值超过102。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其中
所述材料包括聚合物基质(505)和填充颗粒(510)的复合材料(500)，所述填充颗粒(510)包括还原的氧化石墨烯，其中所述填充颗粒的还原程度显示出空间变化。
4.根据权利要求1或2所述的材料，其中
所述材料包含氧化石墨烯纸，所述氧化石墨烯纸已经以使得还原程度显示出空间变化的方式被还原。
5.根据权利要求4所述的材料，其中
至少两张氧化石墨烯纸通过粘合剂被粘合。
6.一种电气装置(700，800，900，1000，1100)，其包括
根据权利要求1至5中的任一项所述的材料。
7.根据权利要求6所述的电气装置，还包括
由所述材料制成的元件；
至少第二电导率/介电常数的第二材料和第三电导率/介电常数的第三材料，其中所述第二电导率/介电常数比所述第三介电常数/电导率更高；其中
所述元件被设置成桥接第二和第三材料；
所述元件具有至少两个不同电导率和/或介电常数的表面；并且
所述元件的高电导率/介电常数表面与所述第二材料物理接触，并且所述元件的低电导率/介电常数表面与第三材料物理接触。
8.根据权利要求7所述的电气装置，其中
所述电气装置是电缆附件(700，750)；
所述元件(705)被设置为进入接头绝缘(710)的半导体层(740，730)的延伸；并且
所述元件的高电导率/介电常数表面与所述半导体层物理接触。
9.根据权利要求7所述的电气装置，其中
所述电气装置是具有绝缘层(820)和至少一个半导体层(815，825)的电源电缆(800)；
所述元件(805)被设置在所述绝缘层(820)的至少部分和所述至少一个半导体层(825，815)中的至少一个之间；并且
所述元件的高电导率/介电常数表面与所述至少一个半导体层中的至少一个物理接触。
10.根据权利要求7所述的电气装置，其中
所述电气装置包括绝缘间隔件(1120)，其被设置成机械和电气地间隔开所述装置的被布置成处于不同电势的两部分；并且
所述元件(1105)形成所述间隔件的表面的至少部分，以便有利于电荷离开所述间隔件，所述元件的高电导率/介电常数表面面向所述间隔件的外侧。
11.根据权利要求7所述的电气装置，其中
所述电气装置是包括至少一个电触点(1020)的微电子部件(1000)；并且
所述元件(1005)被设置成使得所述元件的高电导率/介电常数表面与所述电触点物理接触。
12.根据权利要求6或7所述的电气装置，其中
所述电气装置是套管(900)。
13.根据权利要求7中的任一项所述的电气装置，其中
所述元件被设置成与所述装置的至少一个第二元件物理接触，其中所述元件的面对所述第二材料的表面处的材料具有与所述第二材料的电导率/介电常数相同数量级的电导率和/或介电常数。
14.一种电绝缘装置(1120)，其包括由根据权利要求1至5中的任一项所述的材料制成的元件(1105)，其中
所述元件形成所述装置的表面的至少部分，以便有利于电荷离开所述装置，所述元件的高电导率/介电常数表面面向所述装置的外侧。
15.根据权利要求14所述的电绝缘装置，其中
所述装置是电绝缘间隔件，其被设置成机械地和电气地间隔开该装置的被设置成处于不同电势的两部分。
16.一种制造用于电气应用的材料的方法，所述方法包括
不同地处理氧化石墨烯元件的不同部分，从而实现所述氧化石墨烯在所述元件内的不同还原程度，从而产生在电导率和/或介电常数上具有梯度的元件，其中所述还原程度穿过所述材料连续增加。
17.根据权利要求16所述的方法，其中
所述元件的至少一部分被暴露于第一温度，并且所述元件的第二部分暴露于第二温度，从而在样品内实现温度梯度，其中所述第一温度和所述第二温度不同，并且所述第一温度和所述第二温度中的至少一个是130℃或更高。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中
所述元件的至少一部分例如通过紫外线、激光、X射线、闪光或电子束辐射被暴露于照射。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中
所述氧化石墨烯元件(600)包括具有聚合物基质(500)和氧化石墨烯的颗粒填料(510)的复合材料。
20.根据权利要求16或17所述的方法，其中
所述氧化石墨烯元件包括氧化石墨烯纸。
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