[发明专利]一种制备石墨烯电线电缆的方法

说明书

【技术领域】

本发明是关于电线电缆领域，特别是关于采用石墨烯制备电线电缆的方法。

【背景技术】

电线电缆行业是国民经济建设中的重要配套产业之一，其产值达我国电工行业四分之一，年总产值已占到我国GDP的2%左右。随着我国城镇化进程的加快，电网建设迅速发展。110kV及以上高压超高压等级电力电缆的需求迅速增长。与此同时，电线电缆行业对新型的电线电缆具有更加迫切的需求，主要表现在更加轻质的电线电缆材料，超高的电流密度，超高的电子迁移速率，更低的电阻率，以及更好的化学稳定性和机械强度。

石墨烯是本世纪的核心功能材料。2010年，英国曼彻斯特大学安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫博士因在石墨烯方面的卓越研究而分享了诺贝尔物理学奖。基于近二十年来二维石墨烯，一维碳纳米管，和零维碳-60等新型碳基功能材料的开发和应用，科学界普遍认为：“20世纪是硅（Si）的世纪，21世纪将是碳（C）的世纪”。

石墨烯具有如下优良的机电性能：

电学性能：石墨烯的电子运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，是目前发现的地球上电子运动速度最快的导电材料，其电子迁移率≥15000cm2/V·s。同时。石墨烯在二维平面上的电阻率为10-6Ω·cm，小于最佳的金属导体银（银的电阻率为1.58x10-6Ω·cm）。而其导电密度是铜的一百倍。

机械性能：石墨烯是最薄、最坚硬的物质。美国哥伦比亚大学James Hone等人最近发现，石墨烯的硬度比钻石还高，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。

化学性能：石墨烯具有稳定的sp2化学结构，耐腐蚀，耐高温，化学稳定性好。

高比表面积：比表面积≥2650m2/g。易于修饰及大规模生产等。

石墨烯的纯比重为2.2克/立方厘米，堆积密度小于0.1克/立方厘米。相比于铜的密度为8.92克/立方厘米，银的密度为10.53克/立方厘米，石墨烯是最为轻质的导电材料。

由于上述优异的物理特性，石墨烯已经开始应用于电线电缆领域。中国专利（申请号：201210066254.4，申请公布号：CN102592720A）提出了一种利用石墨烯粉体材料作为导电芯材的专利。然而，由于石墨烯的二维导电特性（即：在二维平面上石墨烯的电阻率为10-6Ω·cm，而在Z轴方向上的电阻率则迅速升高为10x10-1Ω·cm），致使混乱堆积的石墨烯粉体的电阻率聚降至6.6x10-3Ω·cm。这就大大地影响了石墨烯的导电特性，比之金属导线如铜和银相差太远。考虑到石墨烯粉体较差的导电特性，另一中国专利（授权公告号：CN202307250U）则提出一种以石墨烯取代电缆中的锡保护膜，而并非将石墨烯用于导电芯材。第三个中国专利（授权公告号：CN202694887U）则是利用石墨烯的超高机械强度，在电缆的护套外涂覆一层石墨烯，以防止老鼠咬坏电缆线，但该专利只是利用石墨烯作为电缆的护套，没有充分利用石墨烯的导电特性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种制备具有优异一维导电特性的石墨烯电线芯线的方法。

本发明的另一目的在于提供一种制备石墨烯电线的方法。

本发明的再一目的在于提供一种制备石墨烯电缆的方法。

为达成前述目的，本发明一种石墨烯电线芯线的制备方法：其包括：

提供一种基体膜材料，其中基体膜材料包括绝缘膜材料或导电膜材料或绝缘膜和导电膜的复合材料；

在所述基体膜材料上形成石墨烯膜从而形成石墨烯复合膜；

对所述石墨烯复合膜进行热压处理，得到具有高度二维有序排列的石墨烯复合膜；

将经过热处理的石墨烯复合膜进行剪裁、卷曲制成石墨烯电线芯线；

根据本发明的一个实施例，其中在基体膜材料上形成石墨烯膜从而形成石墨烯复合膜的方法是采用石墨烯膜的生长工艺，即石墨烯膜通过物理化学气相沉积，分子化学气相沉积，高压气相生长，外延生长，有机分子膜热裂解，碳化硅（SiC）热裂解等方法中的一种或多种，实现在绝缘膜材料或者导电膜材料上的连续生长，在基体膜材料上形成的石墨烯膜的厚度在10纳米至500微米之间。

根据本发明的一个实施例，其中在在基体膜材料上形成石墨烯膜从而形成石墨烯复合膜的方法是采用石墨烯膜的镀膜工艺，即石墨烯膜通过喷镀，涂布，电镀，磁控溅射的方法，涂覆在绝缘膜材料或者导电膜材料上，在基体膜上形成的石墨烯膜的厚度在10纳米至500微米之间。