[發(fā)明專利]一種石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810114829.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108396346B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏坤霞;周浩然;魏偉;杜慶柏;胡靜
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C25D3/58
• 分類號: C25D3/58;C25D5/18;C25D7/06;C25D15/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明電鍍液成分包括：硫酸銅220～280g/L，石墨烯0.1～3.0g/L，非離子表面活性劑0.1～6.0g/和去離子水。電鍍過程中采用正弦脈沖，其電參數(shù)為：電流密度范圍為500～3000A/m²，脈沖電流頻率為250Hz，脈沖寬度為25s；電鍍所用時間為0.5～4.0h；鍍液的溫度為20～70℃，pH為2.0～5.0。所用的硫酸銅?石墨烯鍍液無毒，可循環(huán)使用，節(jié)約成本，綠色環(huán)保；獲得的石墨烯銅鍍層表面光亮，與鋼芯線的結(jié)合強(qiáng)度高；得到的石墨烯銅/鋼復(fù)合材料中石墨烯銅的體積比為10～25％，且復(fù)合材料的導(dǎo)電率明顯高于傳統(tǒng)的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體用銅包鋼復(fù)合材料，適用于制作傳輸高頻信號的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬鋼芯線表面精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著通信輸電設(shè)備的飛速發(fā)展，通信同軸電纜在傳輸高頻信號方面的應(yīng)用越來越普及。同軸電纜在傳輸高頻信號時會產(chǎn)生集膚效應(yīng)，且集膚效應(yīng)隨信號頻率的增加而增加。所謂的集膚效應(yīng)是指當(dāng)傳輸信號頻率高達(dá)數(shù)千赫茲或上萬赫茲時，信號將在同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體的外表面和外導(dǎo)體的內(nèi)表面進(jìn)行傳輸；而且信號頻率越高，集膚深度越小。為了提高內(nèi)導(dǎo)體的有效利用率，節(jié)約銅材料，同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體常采用銅包鋼線。銅包鋼復(fù)合材料是在鋼的表面包覆銅層的雙金屬材料，它將鋼的高強(qiáng)度與銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和耐蝕性結(jié)合在一起。此外，銅包鋼材料還被廣泛應(yīng)用于電力線路、軌道交通線路和電力電纜屏蔽線路等領(lǐng)域。

目前，由于銅包鋼材料用途和質(zhì)量要求不同，其生產(chǎn)工藝方法主要有以下4種：電鍍法、熔銅浸漬法、雙銅帶壓接法和包覆焊接法。其中，電鍍法是將銅均勻地鍍到鋼的表面。電鍍法因其具有工藝簡單、用銅量較少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍較為廣泛。但是，電鍍法還存在以下不足：1.銅層中混有雜質(zhì)，降低了銅層的導(dǎo)電性；2.氰化物電鍍液有毒，不利于環(huán)境保護(hù)；3.銅層與鋼芯間的結(jié)合質(zhì)量較差。這些缺點(diǎn)限制了電鍍法的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體用銅包鋼材料導(dǎo)電率最高為40％IACS(IACS表示在20℃時國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電率)。由此可以看出傳統(tǒng)的同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體用銅包鋼的導(dǎo)電率并不高，有待于進(jìn)一步提高其導(dǎo)電率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種配比合理、綠色環(huán)保、節(jié)約成本、鍍層厚度可控的鋼芯線鍍石墨烯銅溶液，并將其用于制備石墨烯銅/鋼復(fù)合材料以提高材料的電導(dǎo)率。

石墨烯因其優(yōu)越的機(jī)械性能(1TPa的楊氏模量和130GPa的抗拉強(qiáng)度)、良好的電性能(電阻率約為10^-6Ω·cm)成為金屬基復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相。因此，將石墨烯分散在(氰化物溶液的替代物)硫酸銅溶液中，形成硫酸銅-石墨烯電鍍液，既可以消除氰化物溶液的有害性，又可循環(huán)使用，不僅節(jié)約成本，而且綠色環(huán)保。將硫酸銅-石墨烯電鍍液用于對鋼芯線進(jìn)行電鍍，制得石墨烯銅/鋼復(fù)合材料，獲得的石墨烯銅鍍層表面光亮，厚度均勻，且與鋼芯線的結(jié)合強(qiáng)度高。此外，通過該方法獲得的石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的導(dǎo)電率明顯提高。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的制備方法，具體制備方法如下：

(1)配制石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的電鍍?nèi)芤海?/p>

(2)采用步驟(1)的電鍍?nèi)芤簩︿撔揪€進(jìn)行電鍍，制得石墨烯銅/鋼復(fù)合材料；電鍍過程中所用的脈沖類型為正弦脈沖。

其中，步驟(1)的石墨烯銅/鋼復(fù)合材料的電鍍?nèi)芤海婂円撼煞职雌滟|(zhì)量濃度包括：硫酸銅220～280g/L，石墨烯0.1～3.0g/L，非離子表面活性劑0.1～6.0g/L，余量為去離子水，其中，石墨烯粉末與非離子表面活性劑的質(zhì)量比為1:1～1:2。