[发明专利]一种氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆及其制备方法，该氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆包括：导电金属本体和包覆在导电金属本体表面的氮掺杂石墨烯层；所述氮掺杂石墨烯层与所述导电金属本体形成同轴结构。本发明的氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆，以导电金属本体作为支撑体和导电体，同时还作为含氮石墨烯生长的催化剂；包覆在导电金属本体表面的氮掺杂石墨烯层能够降低电缆电阻，增强电缆的导电性；与现有的铜缆相比，在相同直径条件下导电性提高了20％以上，在同样电流的使用负载下，可以降低铜缆的质量。

技术领域

本发明涉及一种高性能电缆，具体涉及一种氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和能源意识的加强，如何降低能源传输过程中的电能损耗，以及如何降低大功率输送电过程中电缆的质量是电力应用中的一大难点。目前的导电线缆主要采用铜质材料或铝质材料，由于二者的导电性是目前最好的材料，而且两种电缆的制备工艺成熟，广泛应用到强电和弱电应用领域。但是随着新技术的不断发展，如何进一步降低材料电阻提高导电性又逐渐凸显出来。受制于材料的本性，目前再继续提高铜或铝的导电性已基本无法取得更大的进步，因此开发新型高效的导电材料才是解决问题的出路。

随着纳米碳材料的开发，尤其是石墨烯材料的研究的不断深入，其高导电性、高导热性的性能越来越得到大家的关注[K.S.Novoselov,V.I.Fal’ko,L.Colombo,P.R.Gellert,M.G.Schwab&K.Kim,Nature,2012,490:192-200]。石墨烯的电子迁移率可以达到2.5×10⁵cm²V^-1s^-1，是目前已知材料中最高的，但是由于石墨烯尤其是连续的石墨烯制备还有一定的困难，而且现有方法制备的石墨烯由于其片层间π-π键作用导致的折叠，使得石墨烯的比表面积大大降低，比电容也随之降低。因此大规模制备单纯的石墨烯作为导电材料尤其是长距离输电还没有成熟的技术。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆，包括：导电金属本体和包覆在导电金属本体表面的氮掺杂石墨烯层；

所述氮掺杂石墨烯层与所述导电金属本体形成同轴结构。

优选的，所述氮掺杂石墨烯层中，氮的掺杂量为3-5％，即每100个碳原子中掺杂3-5个氮原子。氮的掺杂量会影响氮掺杂石墨烯的导电性以及石墨烯的结构，经多次实验优化发现，氮的掺杂量为3-5％时，可以在保持石墨烯结构的同时，最大程度的提高石墨烯的导电性。而当氮原子掺杂量小于3％时，其导电性不能得到充分发挥；而当氮的掺杂量大于5％时，石墨烯的结构不能得到保证。

优选的，所述导电金属本体为单支金属导线或由多支金属导线制备的绞线。

优选的，导电金属本体的材料为铜或铜合金；进一步的，所述铜合金包括银铜合金和镍铜合金。

优选的，所述氮掺杂石墨烯层为单层或多层结构；更优选的，所述氮掺杂石墨烯为3-5层结构，这可以保证氮掺杂石墨烯在导电金属本体表面的连续性，避免个别地方由于温度的波动或者表面清洗的不彻底而导致氮掺杂石墨烯不能连续生长，即使个别部位没能生长氮掺杂石墨烯，也会由于氮掺杂石墨烯的横向生长，而形成连续的结构，使复合电缆具有良好的导电性，同时有效控制了复合电缆的制备成本。

本发明还提供上述氮掺杂的石墨烯/导电金属复合电缆的制备方法，包括如下步骤：

(1)对导电金属本体进行清洗，获得清洁表面；