[发明专利]石墨烯芯电导体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电导体，特别涉及一种石墨烯芯电导体及其制备方法。

背景技术

电力是科学给人类的最重要的发明之一。这对一个国家的经济发展至关重要。现代社会严重依赖于电力的使用。电由于其无重力，易传输和分配的特点，是能源消费最有效的方法。在大多数城市环境中的电力传输和配电完全依赖于一个输电线路和配电网组成的电力网。电力传输是从发电厂到位于需求中心附近的变电站的大量传输。

输电线路材料的电阻会导致输电过程中的电能损耗。温度，螺旋效应和集肤效应是影响用于输电和配电线路的导体电阻的主要因素。导体电阻由于声子散射效应随温度的增加而增加。输电线路温度变化对功率损耗有明显的影响。由于传输线的结构，目前螺旋效应也会使导体的电阻增大。在较高交流频率下，集肤效应会增加电力线的有效电阻。

减少在电力传输过程中损耗是可取的，以便提高效率，允许更广泛的分布，提高电网性能。因此需改进电力传输线的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯芯电导体及其制备方法，最大限度减少集肤效应，可以提高导电率，减少传输损耗，减少传输线的总机械负荷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯芯电导体，包括由护套包围石墨烯芯，所述石墨烯芯由石墨烯颗粒压缩形成。

作为优选，所述石墨烯芯电导体通过粉末套管法形成，将石墨烯颗粒填充入护套材料制成的套管中，拉拔套管形成石墨烯芯和护套复合体。

粉末套管法为优选方法，其他制造方法也可以使用，例如利用挤压技术，包括挤出成型或聚合物涂层/覆层/封装技术等生产石墨烯芯和护套复合体。石墨烯颗粒包括石墨烯薄片。

所述石墨烯芯和护套复合体形成石墨烯芯电导线。电导线为电导体的一种具体形态。

所述护套的材料为金属或聚合物。

所述金属选自铝、铜、银、金中的一种或多种。

一种电缆，包括多个石墨烯芯电导体。

一种复丝导体，由多个石墨烯芯电导线复合而成。

一种电力传输线，包括用于高压交流电力传输的多个电导体、至少一个为电力传输线提供机械支持的电导体加强结构，其中至少一个电导体为石墨烯芯复合导体，每个石墨烯芯复合导体包含一个或多个权利要求1所述的石墨烯芯电导体。

每个石墨烯芯复合导体包含多个权利要求3所述的石墨烯芯电导线。

多个石墨烯芯电导线进一步被金属护套包围。

一种石墨烯芯电导体的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨烯颗粒准备；

(2)将石墨烯颗粒填充入可拉拔的护套材料制成的套管中得石墨烯填充管；

(3)拉拔石墨烯填充管，通过管的变形压缩石墨烯颗粒，形成石墨烯芯和护套组成的石墨烯芯电导体。沿一个方向拉拔后总的压缩变形率大于10％。石墨烯填充管的拉拔步骤由石墨烯填充管通过多个拉拔磨具拉伸完成。

石墨烯填充管通过多个拉拔磨具拉伸过程中对石墨烯填充管退火处理。

所述退火处理在惰性气氛或真空环境中进行，退火温度100-500℃。

所述退火处理是在石墨烯填充管通过多个拉拔磨具拉伸过程中间歇性进行。

所述制备方法进一步包括：将所述石墨烯芯电导体制成石墨烯芯电导线，多个石墨烯芯电导线复合形成复丝导体的步骤。

将多个石墨烯芯电导线复合形成复丝导体的步骤具体为：将多个石墨烯芯电导线放在一个金属管中拉拔成复丝导体。

所述制备方法还进一步包括绞合一个或多个复丝导体形成电力传输线的步骤。

本发明的有益效果是：能最大限度减少集肤效应，可以提高导电率，减少传输损耗，减少传输线的总机械负荷。

附图说明

图1是本发明的一种工艺流程图。

图2显示了利用粉末套管法制备的单丝和复丝的石墨/金属复合体的方法：(a)将石墨烯填充到金属管中；(b)拉拔单丝；(c)单丝线插入到另一个金属管；(d)拉拔复丝；(e)一个复丝导体截面。

图3工业多层石墨烯处理前后的TEM图；

其中，图3a为工业多层石墨烯片的TEM图像，图3b为从工业多层石墨烯剥离出的单层石墨烯TEM图像。

图4工业多层石墨烯处理前后在乙醇中的廷德尔效应；

其中，图4a显示了工业多层石墨烯在乙醇中的廷德尔效应，图4b显示了从工业多层石墨烯剥离出的单层石墨烯在乙醇中的廷德尔效应，其在乙醇中分散性较好。