[发明专利]一种复合型石墨烯光纤电缆及制备方法

说明书

技术领域

本发明电力输电领域，具体涉及一种可以同时输送电力和传输信号的电力光缆即 一种复合型石墨烯光纤光缆及制备方法。

背景技术

光纤电缆也就是电力光缆是指把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成 输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具电缆与通信双重功能，一般称作OPGW光缆，还 有一种是在传统的相线结构中将光纤单元复合在导线中的光缆，是充分利用电力系统自身 的线路资源，特别是电力配网系统，避免在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的 矛盾，使之具有传输电能及通信的双重功能。

从目前来看，电力光纤主要是把金属电缆和石英光纤简单的复合在一起，这样制 作工艺复杂，成本高，且由于光纤和电缆简单的复合，由于两种材质属性不一样，导致产品 一致性差，且安装使用复杂，难以推广应用。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。 石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而 使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子 具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而 发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子 受到的干扰也非常小，同时，石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透 明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电 子迁移率超过15000cm2/（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω· cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，石 墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的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。

目前国内在光纤电缆技术有本发明人在2014年申请公开的一种铜基石墨烯光纤 电缆，公开号CN204143944U，该技术特征是在在于石英光纤纤芯外层包裹一层石英光纤包 层，在石英光纤包层上镀上一层铜镀层，在铜镀层的外层沉积生长一层石墨烯膜层，构成单 根铜基石墨烯光纤。这种技术由于在镀铜上生长石墨烯要在高温炉中进行，其温度要在 800-1000℃，这样对镀铜面和石英光纤线芯都有一定的损害，且制作工艺复杂，生产成本较 高，不宜推广和产业化，亟待解决。

发明内容

为了解决现有石墨烯电光缆存在的问题，解决传统电光缆成本高，安装维护困难 控制系统复杂，安全可靠性低问题。本发明提供一种复合型石墨烯光纤光缆及制备方法。

本发明为实现其目的所采取的技术方案：一种复合型石墨烯光纤光缆及制备方 法，其中复合型石墨烯光纤光缆，包括：石英光纤，石英光纤包层，铜箔石墨烯膜层，保护绝 缘层。其特征在于在铜箔上用CVD法沉积生长一层石墨烯薄膜，形成铜箔石墨烯膜层，铜箔 石墨烯膜层的铜箔侧涂覆胶粘层，石英光纤的纤芯外层包裹一层石英光纤包层，把生长石 墨烯薄膜的铜箔卷绕在石英光纤的外层，构成石墨烯光纤导电体，石墨烯光纤导电体的外 侧涂覆一层绝缘保护层，构成石墨烯光纤电缆。由于石墨烯具有高导电性，其电子迁移率是 铜的100倍以上，石墨烯导电层是电力传输介质，由于铜的电导率比石墨烯低很多，经过铜 箔层的电子较少，对光纤纤芯起到信号屏蔽，使光纤纤芯的光信号不受外层导电层的电信 号影响，保证了光信号的稳定性和低衰减性，内部的石英光纤是光信号传输介质，光信息信 号从石英光纤传输，在同一根石墨烯光纤电缆里实现电力和光信号的同步传输。

所述的铜箔，其特征在于铜箔是长带状，铜箔的长度在1-10km，宽度10-20cm，厚度 为10-500μm，铜的纯度98-100%，铜箔上石墨烯膜层的厚度为10-100μm。

所述的石墨烯光纤光缆，其特征在于石英光纤的包层外卷绕铜箔石墨烯膜层，铜 箔石墨烯膜层的卷绕次序为铜箔层紧靠石英光纤包层为卷绕内侧，石墨烯膜层为卷绕外 侧，铜箔石墨烯膜层的层数1-100层。

所述的石墨烯光纤光缆，其特征在于石英光纤的包层外卷绕铜箔石墨烯膜层，铜 箔石墨烯膜层在卷绕时，铜箔层涂上一层胶粘层，胶粘层的厚度为50-300μm，把铜箔与石英 光纤的包层紧紧粘接在一起，然后连续卷绕层层胶粘。