[发明专利]石墨烯金属复合导线及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯金属复合导线，由至少两层泡沫金属片压合而成，相邻泡沫金属片的边缘形成啮合结构，相邻泡沫金属片的中间形成致密石墨烯粉末腔层。本发明还提供了一种石墨烯金属复合导线的制备方法。本发明借助泡沫金属内部充填空间大，能起到压实和固定石墨烯粉末的作用，石墨烯粉末层隔开的上下层石墨烯充填泡沫金属压实后，边缘存在交错啮合结构，能保持石墨烯粉末和粉末，石墨烯粉末和泡沫金属之间的充分且紧密的接触；同时还能在泡沫金属层间居中位置形成由致密石墨烯粉末层支撑的腔体。石墨烯粉末充填和压实压紧，极大降低导线的体相电阻。

技术领域

本发明涉及导线技术领域，尤其是石墨烯复合导线。

背景技术

城市楼宇电力电缆距离较长，随着新能源车推广，大功率大电流电缆及充电设施铺设，金属电缆中焦耳热越发不可忽略，这给系统散热和长时间安全运行带来较大挑战，降低电缆及用电设施中的焦耳电阻，成为碳达峰背景下节能减排急需解决的重要课题。文献Advanced Materials 23.9(2011):1145-1153报道石墨烯具有极高的电荷迁移能力，达到～10⁵cm²·V^-1·s^-1，但仅限于石墨烯片层平面，而跨片层的电荷迁移能力逊色很多。文献Advanced Materials 23.9(2011):1145-1153又报道，石墨烯承受电流的极限能力，是金属的一千倍。即同样线径的线缆，理论上评价，石墨烯线缆输送电能的能力，是金属线缆的1千倍。自下而上的化学气相沉积(CVD)方法制备石墨烯，连续性好，但工艺复杂，对金属基材的元素种类、暴露表面的晶形或晶面、表面洁净度有特别高的要求；制作时，金属表面原子近乎处于液相状态，气氛中的氧含量控制不好，就会在金属表面沉积金属氧化物，进而给产物石墨烯带来较多的缺陷从而影响导电性；自上而下方法，由石墨颗粒剥离为少层石墨烯粉末，分散、连续性不好，通常认为不适宜直接做长距离输电线缆，因石墨烯轻且难固定，石墨烯六元碳晶格断开后，导电性会大打折扣。石墨烯用于导线，一是将石墨烯粉末掺杂到金属基体中，二是利用化学气相沉积将石墨烯薄膜包裹在金属丝束外。

将具有大片径的石墨烯粉末混匀掺杂到金属基体，能提高金属导线的导电能力和机械强度，为保证线缆机械强度，掺杂量较少，一般低于8％，所以导线电导能力提升不高；超过12％左右，线缆柔韧性降低易脆断。

电子在导体中传输和转移，优先选择阻力最小的方向行进。文献AdvancedMaterials23.9(2011):1145-1153还报道电子在石墨烯片平面内传输速度快，跨片层速度低，但依旧能跨过片层，且电子跨层传输速度达到～1至10cm²·V^-1·s^-1，远高于金属中～10^-5至10^-4cm²·V^-1·s^-1电子迁移速率(Fawwaz T.Ulaby等著邵小桃等译《应用电磁学基础》(第6版)198页)。若是将电子传输和转移速度分解为导线延伸方向和导线延伸的垂直方向，石墨烯片层的延伸方向和导线延伸方向平行；电子借助是导线中石墨烯粉末及其界面构筑的电子传输连续通路，沿着导线延伸方向传输，受到的阻力非常小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子阻力更小的石墨烯金属复合导线。

本发明是这样实现的：

一种石墨烯金属复合导线，由至少两层泡沫金属片压合而成，相邻泡沫金属片的边缘形成啮合结构，相邻泡沫金属片的中间形成致密石墨烯粉末腔层。

更进一步的方案是：

所述泡沫金属片的内孔填充有石墨烯。

更进一步的方案是：

致密石墨烯粉末腔层，是通过如下方法实现的：