[發(fā)明專利]一種石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410507271.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN104200913A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓金玲;王子韓;其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 韓金玲
• 主分類號(hào): H01B9/00
• 分類號(hào): H01B9/00;H01B1/04;H01B13/00;G02B6/44
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明電力輸電領(lǐng)域，具體涉及一種可以同時(shí)輸送電力和傳輸信號(hào)的電力光纜即一種石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

???電光纜也就是電力光纜是指把光纖放置在架空高壓輸電線的地線中，用以構(gòu)成輸電線路上的光纖通信網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)形式兼具地線與通信雙重功能，一般稱作OPGW光纜，還有一種是在傳統(tǒng)的相線結(jié)構(gòu)中將光纖單元復(fù)合在導(dǎo)線中的光纜，是充分利用電力系統(tǒng)自身的線路資源，特別是電力配網(wǎng)系統(tǒng)，避免在頻率資源、路由協(xié)調(diào)、電磁兼容等方面與外界的矛盾，使之具有傳輸電能及通信的雙重功能。

從目前來看，電力光纖主要是把金屬電纜和石英光纖簡(jiǎn)單的復(fù)合在一起，這樣制作工藝復(fù)雜，成本高，且由于光纖和電纜簡(jiǎn)單的復(fù)合，由于兩種材質(zhì)屬性不一樣，導(dǎo)致產(chǎn)品一致性差，且安裝使用復(fù)雜，難以推廣應(yīng)用。

石墨烯結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，迄今為止，研究者仍未發(fā)現(xiàn)石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面就彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應(yīng)外力，也就保持了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性。石墨烯中的電子在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強(qiáng)，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯中電子受到的干擾也非常小，同時(shí)，石墨烯是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料?，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300?W/（m·K），高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15?000?cm2?/（V·s），又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6?Ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因?yàn)樗碾娮杪蕵O低，電子跑的速度極快，石墨烯是世界上導(dǎo)電性最好的材料，電子在其中的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。

石墨烯與石英具有很好的親和力，把石墨烯和光纖結(jié)合在一起，形成一種新的石墨烯電光纜，但是石墨烯很難直接附著在石英光纖表層，本發(fā)明人已經(jīng)公開了一種石墨烯電光纜技術(shù)方案，該技術(shù)方案是把石墨烯直接生長在石英光纖上，這種方法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，且石墨烯附著力差，不能很好地滿足市場(chǎng)需要，如何解決石墨烯穩(wěn)定附著在石英光纖上，是石墨烯電光纜期待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有石墨烯電光纜存在的問題，解決傳統(tǒng)電光纜成本高，安裝維護(hù)困難控制系統(tǒng)復(fù)雜，安全可靠性低問題。本發(fā)明提供一種石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案：一種石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法，包括：石英光纖纖芯，石英光纖包層，光纖金屬鍍層，石墨烯薄膜層，保護(hù)絕緣層。其特征在于石英光纖纖芯外層包裹一層石英光纖包層，在石英光纖包層上鍍上一層金屬鍍層，金屬鍍層的外層沉積生長一層石墨烯薄膜層，構(gòu)成石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法核心部分。

進(jìn)一步的不少于一根的石墨烯金屬化光纖電光纜及生產(chǎn)方法纖維外面包裹絕緣層，絕緣層為聚乙烯或聚氯乙烯。

優(yōu)選的光纖金屬鍍層，其特征在于金屬鍍層的厚度為0.2-5μm，鍍層金屬為鎳、銅、鉑、金。

優(yōu)選的石墨烯薄膜層，其特征在于石墨烯薄膜層為二維六角型呈蜂巢晶格的平面單原子層薄膜，附著在金屬鍍層上的石墨烯薄膜層數(shù)為1-30層。

石墨烯薄膜在石英光纖金屬鍍層上直接生長，在一定的石墨烯懸濁液中加入金屬鍍層石英光纖，經(jīng)超聲振蕩，使石墨烯結(jié)晶生長在石英光纖的金屬鍍層上。

優(yōu)選的石墨烯薄膜在石英光纖金屬鍍層的生長方式，可以是無氧環(huán)境熱化學(xué)氣象沉降法和等離子無氧環(huán)境化學(xué)氣象沉降法在石英光纖金屬鍍層上生長石墨烯薄膜。

優(yōu)選的石墨烯薄膜在石英光纖金屬鍍層的生長方式，可以是含碳的單質(zhì)或化合物可以粘附在石英光纖金屬鍍層上或在石英光纖金屬鍍層旁邊，通過氣化結(jié)晶的方式，生長在石英光纖的金屬鍍層上。

本發(fā)明的有益效果

1、由于采用了石墨烯作為導(dǎo)電體，大大降低了導(dǎo)體的電阻率，提高了輸電效率，石墨烯強(qiáng)度大，質(zhì)量輕便于安裝維護(hù)，同時(shí)，石墨烯耐氧化不腐蝕，使電纜壽命大大加強(qiáng)。

2、在石英光纖的包膜層上首先沉積電鍍一層金屬鍍層，使石墨烯薄膜層沉積生長在金屬鍍層上，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，石墨烯附著力強(qiáng)，石墨烯電光纜性能穩(wěn)定可靠。

3、采用輸電和傳輸信息一體化設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)輸電和信息傳輸模式，實(shí)現(xiàn)一根電纜具備輸電和傳輸信息的雙重功能。