CN106884154A - 一种石墨烯的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新材料技术领域，特别是一种石墨烯在高铁悬吊线中的应用，将石墨烯用于高铁悬吊线的保护材料。利用石墨烯的耐腐蚀性及超疏水性，阻碍水、腐蚀性离子等向高铁悬吊线的渗透，防止高铁悬吊线被氧化或被腐蚀，进而对高铁悬吊线起到保护作用，延长高铁悬吊线的使用寿命。

Description

一种石墨烯的应用
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，特别是一种石墨烯在高铁悬吊线中的应用。
背景技术
近年来，高速铁路的迅速发展，缩短了城市与城市之间的距离，着实为人们的出行带来了诸多方便。为保证高铁列车的正常运行，向高铁列车提供电力支撑的输电线路——高铁悬吊线，在其中起着举足轻重的作用。目前，高铁悬吊线就是裸铜，工作条件是长期暴露在外界环境中，容易被氧化以及受到酸、碱、盐类等腐蚀性物质的侵蚀，大大降低了高铁悬吊线的使用寿命。一般地，解决金属腐蚀问题的技术主要有三种：第一种技术是在金属表面涂覆油漆、塑料、橡胶等绝缘材料；第二种技术是将金属合金化处理；第三种技术是电镀其他金属。然而，高铁悬吊线因为需要和高铁车体有好的电接触，以上技术均对高铁悬吊线的导电性影响很大，通过以上技术处理过的高铁悬吊线无法正常工作。因此，现有技术无法解决高铁悬吊线被腐蚀的问题。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种石墨烯在高铁悬吊线上的应用，具有导电性好、耐腐蚀、质轻、耐潮、环保、成本低等优点。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种石墨烯的应用，将石墨烯用于高铁悬吊线的保护材料。
所述的石墨烯的形态为石墨烯膜。
所述的石墨烯膜的层数为1～100层。
一种石墨烯的应用，是将石墨烯包覆于高铁悬吊线的外表面，通过化学气相沉积法制备而成，具体制备步骤如下：
(1)将高铁悬吊线清洗干净并干燥；
(2)将上述干燥后的高铁悬吊线置于真空管式高温烧结炉的石英管内，并向石英管内通入一定量的反应物质；
(3)将石英管升至沉积温度，在一定反应压力下，保持一段时间，冷却至室温取出。
步骤(2)中反应物质为氢气和碳源。
步骤(3)中沉积温度为800～1200℃。
步骤(3)中反应压力为10～1000Pa。
步骤(3)中时间为0.1～5h。
氢气流量是10～500sccm，碳源流量是1～100sccm，碳源为甲烷、甲苯、乙炔、乙醇、丙烯或丙炔中的任意一种。
利用石墨烯的耐腐蚀性及超疏水性，阻碍水、腐蚀性离子等向高铁悬吊线的渗透，防止高铁悬吊线被氧化或被腐蚀，进而对高铁悬吊线起到保护作用，延长高铁悬吊线的使用寿命。
本发明提供了一种石墨烯的应用，相较于现有技术，具有如下有益效果：
1、本发明操作简单，成本低廉，可应用于工业化生产中。因为石墨烯具有耐腐蚀性和超疏水性，可有效抵御外界环境中的可腐蚀性离子和水，防腐效果明显。
2、石墨烯具有导电性好、质轻、耐潮、环保等优点，且对高铁悬吊线的强度不会产生影响，能够确保高铁悬吊线的正常使用。
3、石墨烯与高铁悬吊线的贴合性好，在高温、暴雨、干旱等极端天气情况下，长时间使用，石墨烯也不会从高铁悬吊线表面脱落。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中石墨烯包覆高铁悬吊线的沉积过程示意图；
图2为本发明中实施例1高铁悬吊线的光学照片；
图3为本发明中实施例1未经沉积处理的高铁悬吊线浸泡在盐水中的主视图(左)和俯视图(右)。
图4为本发明中实施例1表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线浸泡在盐水中的主视图(左)和俯视图(右)。
图1中，1为进气口，2为流量计，3为高铁悬吊线，4为石英管，5为真空管式高温烧结炉。
具体实施方式
实施例1：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为10sccm、1sccm的氢气和甲烷；氢气和甲烷由进气管1进入，由流量计2测量其流量，如图1所示；
第五步，升温至800℃，反应压力控制在10Pa，保持1h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线，其光学照片如图2所示。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为1层。
在该应用中，石墨烯是用来防止高铁悬吊线被腐蚀，为了验证本发明中石墨烯的抗腐蚀能力，将上述制备的表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线放入一定浓度的盐水中进行防腐试验。
将未经上述沉积处理的高铁悬吊线和上述制备的表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线，分别剪下长度15cm，放入浓度为60mg/ml的盐水中(完全浸入)，浸泡200h，得到的抗腐蚀效果对比图如图3和图4所示。从图3中可以看出，经过200h的浸泡，盐水变的很浑浊且呈淡绿色，说明表面未包覆石墨烯的高铁悬吊线和盐水发生了反应，受到盐水的腐蚀。图4显示，表面包覆石墨烯的高铁悬吊线在剪切面处出现了淡绿色浑浊现象(箭头所指处)，而其他部位则无任何变化，主要是因为高铁悬吊线剪切面没有包覆石墨烯而受到了盐水的腐蚀，其他包覆有石墨烯的部位没有受到盐水的腐蚀。通过上述对比实验，可以得出：通过此方法制备的石墨烯防腐蚀效果明显，石墨烯可以作为高铁悬吊线的保护材料。
实施例2：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为200sccm、50sccm的氢气和甲苯；氢气和甲苯由进气管1进入，由流量计2测量其流量；
第五步，升温至1000℃，反应压力控制在500Pa，保持2h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为100层。
实施例3：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为500sccm、100sccm的氢气和乙炔；氢气和乙炔由进气管1进入，由流量计2测量其流量；
第五步，升温至1200℃，反应压力控制在1000Pa，保持0.1h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为10层。
实施例4：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为100sccm、20sccm的氢气和乙醇；氢气和乙醇由进气管1进入，由流量计2测量其流量；
第五步，升温至900℃，反应压力控制在100Pa，保持5h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为50层。
实施例5：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为400sccm、80sccm的氢气和丙烯；氢气和丙烯由进气管1进入，由流量计2测量其流量；
第五步，升温至950℃，反应压力控制在800Pa，保持3h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为20层。
实施例6：
第一步，将高铁悬吊线用浓度为150mg/mL的盐酸溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第二步，将第一步中清洗后的高铁悬吊线用浓度为60mg/mL的丙酮溶液超声清洗15min，再用去离子水超声清洗10min；
第三步，将第二步中清洗干净的高铁悬吊线置于真空干燥箱内，100℃真空干燥20min；
第四步，将第三步中干燥后的高铁悬吊线3置于真空管式高温烧结炉5的石英管4内，向石英管4内通入流量分别为100sccm、20sccm的氢气和丙炔；氢气和丙炔由进气管1进入，由流量计2测量其流量；
第五步，升温至850℃，反应压力控制在100Pa，保持5h，冷却至室温，即得到表层包覆有石墨烯的高铁悬吊线。
石墨烯的形态为石墨烯膜。石墨烯膜的层数为15层。
利用石墨烯的耐腐蚀性及超疏水性，阻碍水、腐蚀性离子等向高铁悬吊线的渗透，防止高铁悬吊线被氧化或被腐蚀，进而对高铁悬吊线起到保护作用，延长高铁悬吊线的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种石墨烯的应用，其特征在于，将石墨烯用于高铁悬吊线的保护材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯的应用，其特征在于，所述的石墨烯的形态为石墨烯膜。
3.根据权利要求2所述的石墨烯的应用，其特征在于，所述的石墨烯膜的层数为1～100层。
4.根据权利要求1所述的石墨烯的应用，其特征在于，将石墨烯包覆于高铁悬吊线的外表面，通过化学气相沉积法制备而成，具体制备步骤如下：
(1)将高铁悬吊线清洗干净并干燥；
(2)将上述干燥后的高铁悬吊线置于真空管式高温烧结炉的石英管内，并向石英管内通入一定量的反应物质；
(3)将石英管升至沉积温度，在一定反应压力下，保持一段时间，冷却至室温取出。
5.根据权利要求4所述的石墨烯的应用，其特征在于，步骤(2)中所述的反应物质为氢气和碳源。
6.根据权利要求4所述的石墨烯的应用，其特征在于，步骤(3)中所述的沉积温度为800～1200℃。
7.根据权利要求4所述的石墨烯的应用，其特征在于，步骤(3)中所述的反应压力为10～1000Pa。
8.根据权利要求4所述的石墨烯的应用，其特征在于，步骤(3)中所述的时间为0.1～5h。
9.根据权利要求5所述的石墨烯的应用，其特征在于，所述的氢气流量是10～500sccm，碳源流量是1～100sccm，碳源为甲烷、甲苯、乙炔、乙醇、丙烯或丙炔中的任意一种。
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