[发明专利]一种基于石墨烯纳米材料的导线

说明书

技术领域

本发明属于架空输电线路导线技术领域，具体涉及一种基于石墨烯纳米材料的导线。 

背景技术

输电线路的损耗主要取决于导线的电阻，应用高导电率导线不但可以显著降低输电线路损耗，还能增加输送能力，降低全寿命周期成本，实现节能减排。 

近年来国内陆续研发了的高导电率导线，主要从金属材料成分方面提高导线的导电率，这些导线仍采用传统的金属材料，导电能力提高有限。 

如申请号为CN200810194862.7，发明名称为一种高导电率软铝线及其制造方法的发明专利，公开了一种高导电率软铝线及制造方法，软铝线的成分包括：Si≤0.08％；Fe≤0.20％，Cu≤0.005％；0.07-0.15％的硼，余为铝；单位为重量百分数。其利用软铝线降低输电线路损耗，从而有效降低运行费用。其改进主要是传统铝导线的成分，改进效果有限。 

又如申请号为CN200610002114.5，发明名称为铜合金导体及其架空导线、电缆以及铜合金导体的制造方法的发明专利，是对传统铜合金材料的成分进行的改进。其技术方案为：铜合金导体是由在含有氧0.001～0.1重量％(10～1000重量ppm)的铜母材中含有0.15～0.70重量％(不包括0.15重量％)Sn的铜合金所构成，构成结晶组织的晶粒的平均粒径小于等于100μm，并且在结晶组织基体中弥散分布的Sn的氧化物的80％或以上是平均粒径小于等于1μm的微小氧化物。 

同时，也有从导体材料的制备工艺方面进行改进的专利技术，如申请号为CN201210073600.1，发明名称为节能高强度铝合金线及其制造方法的发明专利申请，专利申请通过熔炼、调配铝合金、净化、炉前快速分析、细化晶体、除气、保温过滤、水平浇铸、进轧控制和铝杆轧制、铝线拉拔和实效退火制备出产品铝合金线。铝合金线导电率在53.5％IACS以上，强度≥325MPa，其余性能满足《架空导线用铝-镁-硅合金圆线》中LHA1的技术要求。 

石墨烯材料具有优异的电气和机械性能，导电率约是铝的3倍，铜的1.85倍，材料导电性能稳定。同时，石墨烯材料是最薄、最坚硬的纳米材料，具有极强的抗拉能力(约100GPa)。 

新型纳米材料石墨烯的研究历史较短，由于其优异的材料特性，国内外在制备及应用研 究方面，开展了大量的研究工作，取得了突破性的研究成果。 

石墨烯材料制备方面，韩国科学家发现制备大尺寸、高质量石墨烯薄膜的方法；美国研究人员开发了制造石墨烯和碳纳米管混合材料的新方法，为石墨烯纳米材料的工业化应用奠定了坚实的基础。 

石墨烯材料性能研究方面，国内外研究人员在材料的导电性、导热性，以及应用研究等领域研究开展了大量的研究工作，为石墨烯纳米材料的应用研究提供了理论和工程应用依据。 

石墨烯材料应用研究方面，IBM公司研制出运行速度最快的石墨烯晶体管，此外，光子传感器、纳米电子器件、太阳能电池、增强复合材料等，也都是目前石墨烯应用研究领域的热点。在电力传输领域，美国科研人员利用石墨烯设计出了简便、快速的纳米电线制造方法，能够调谐石墨烯的电学特征，但其应用主要集中在微电子领域，石墨烯材料在架空输电线路用导线领域的应用研究仍属空白。 

发明内容

本发明目的在于提供一种基于石墨烯纳米材料的导线，解决铝铜等传统金属材料导电率提高有限，进而架空输电线路输送容量有限的问题，石墨烯纳米材料的导线能有效降低线路损耗，提高架空输电线路的输送功率。 

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为： 

一种基于石墨烯纳米材料的导线，其改进之处在于所述导线的结构为： 

形式一：所述导线包括内层和外层，所述内层由圆线型单丝绞绕而成，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构，所述外层设置于内层的外围，所述外层的横截面为圆形结构； 

所述内层由钢或碳纤维的单丝、石墨烯纳米材料的纳米管单丝或复合式单丝绞绕而成，所述外层由石墨烯纳米材料薄片绞绕而成； 

所述石墨烯纳米材料薄片为圆弧形结构，圆弧角a取值范围25°＜a＜30°； 

形式二：所述导线由圆线型单丝绞绕而成，单丝之间相互紧贴，形成规整的管型结构； 

所述单丝为石墨烯纳米材料的纳米管单丝或复合式单丝绞绕而成； 

其中，所述复合式单丝的圆形截面为碳纤维复合材料，圆形截面内部为石墨烯纳米材料。 

本发明的另一优选技术方案为：所述石墨烯纳米材料薄片沿其圆周方向均匀分布。