專利名稱：一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于架空輸電線路導(dǎo)線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
輸電線路的損耗主要取決于導(dǎo)線的電阻，應(yīng)用高導(dǎo)電率導(dǎo)線不但可以顯著降低輸電線路損耗，還能增加輸送能力，降低全壽命周期成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。近年來國內(nèi)陸續(xù)研發(fā)了的高導(dǎo)電率導(dǎo)線，主要從金屬材料成分方面提高導(dǎo)線的導(dǎo)電率，這些導(dǎo)線仍采用傳統(tǒng)的金屬材料，導(dǎo)電能力提高有限。如申請?zhí)枮镃N200810194862. 7，發(fā)明名稱為一種高導(dǎo)電率軟鋁線及其制造方法的發(fā)明專利，公開了一種高導(dǎo)電率軟鋁線及制造方法，軟鋁線的成分包括Si < O. 08% ；Fe ^ O. 20%, Cu ^ O. 005% ;0. 07-0. 15%的硼，余為鋁；單位為重量百分?jǐn)?shù)。其利用軟鋁線降低輸電線路損耗，從而有效降低運(yùn)行費(fèi)用。其改進(jìn)主要是傳統(tǒng)鋁導(dǎo)線的成分，改進(jìn)效果有限。又如申請?zhí)枮镃N200610002114. 5，發(fā)明名稱為銅合金導(dǎo)體及其架空導(dǎo)線、電纜以及銅合金導(dǎo)體的制造方法的發(fā)明專利，是對傳統(tǒng)銅合金材料的成分進(jìn)行的改進(jìn)。其技術(shù)方案為銅合金導(dǎo)體是由在含有氧O. 001 O.1重量％ (10 1000重量ppm)的銅母材中含有O. 15 O. 70重量％ (不包括O. 15重量％ )Sn的銅合金所構(gòu)成,構(gòu)成結(jié)晶組織的晶粒的平均粒徑小于等于100 μ m,并且在結(jié)晶組織基體中彌散分布的Sn的氧化物的80%或以上是平均粒徑小于等于I μ m的微小氧化物。同時(shí)，也有從導(dǎo)體材料的制備工藝方面進(jìn)行改進(jìn)的專利技術(shù)，如申請?zhí)枮镃N201210073600. 1，發(fā)明名 稱為節(jié)能高強(qiáng)度鋁合金線及其制造方法的發(fā)明專利申請，專利申請通過熔煉、調(diào)配鋁合金、凈化、爐前快速分析、細(xì)化晶體、除氣、保溫過濾、水平澆鑄、進(jìn)軋控制和鋁桿軋制、鋁線拉拔和實(shí)效退火制備出產(chǎn)品鋁合金線。鋁合金線導(dǎo)電率在53. 5%IACS以上，強(qiáng)度彡325MPa，其余性能滿足《架空導(dǎo)線用鋁-鎂-硅合金圓線》中LHAl的技術(shù)要求。石墨烯材料具有優(yōu)異的電氣和機(jī)械性能，導(dǎo)電率約是鋁的3倍，銅的1. 85倍，材料導(dǎo)電性能穩(wěn)定。同時(shí)，石墨烯材料是最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，具有極強(qiáng)的抗拉能力(約IOOGPa)。新型納米材料石墨烯的研究歷史較短，由于其優(yōu)異的材料特性，國內(nèi)外在制備及應(yīng)用研究方面，開展了大量的研究工作，取得了突破性的研究成果。石墨烯材料制備方面，韓國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)制備大尺寸、高質(zhì)量石墨烯薄膜的方法；美國研究人員開發(fā)了制造石墨烯和碳納米管混合材料的新方法，為石墨烯納米材料的工業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。石墨烯材料性能研究方面，國內(nèi)外研究人員在材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，以及應(yīng)用研究等領(lǐng)域研究開展了大量的研究工 作，為石墨烯納米材料的應(yīng)用研究提供了理論和工程應(yīng)用依據(jù)。石墨烯材料應(yīng)用研究方面，IBM公司研制出運(yùn)行速度最快的石墨烯晶體管，此外，光子傳感器、納米電子器件、太陽能電池、增強(qiáng)復(fù)合材料等，也都是目前石墨烯應(yīng)用研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在電力傳輸領(lǐng)域，美國科研人員利用石墨烯設(shè)計(jì)出了簡便、快速的納米電線制造方法，能夠調(diào)諧石墨烯的電學(xué)特征，但其應(yīng)用主要集中在微電子領(lǐng)域，石墨烯材料在架空輸電線路用導(dǎo)線領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍屬空白。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，解決鋁銅等傳統(tǒng)金屬材料導(dǎo)電率提高有限，進(jìn)而架空輸電線路輸送容量有限的問題，石墨烯納米材料的導(dǎo)線能有效降低線路損耗，提高架空輸電線路的輸送功率。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其改進(jìn)之處在于所述導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)為形式一所述導(dǎo)線包括內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層由圓線型單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結(jié)構(gòu)，所述外層設(shè)置于內(nèi)層的外圍，所述外層的橫截面為圓形結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)層由鋼或碳纖維的單絲、石墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成，所述外層由石墨烯納米材料薄片絞繞而成；形式二 所述導(dǎo)線由圓線型單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結(jié)構(gòu)；所述單絲為石 墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成；其中，復(fù)合式單絲的圓形截面為碳纖維復(fù)合材料，圓形截面內(nèi)部為石墨烯納米材料。本實(shí)用新型的另一優(yōu)選技術(shù)方案為所述相鄰層的絞繞方向相反。本實(shí)用新型的又一優(yōu)選技術(shù)方案為所述單絲絞繞成η層結(jié)構(gòu)，η為大于I的自然數(shù)。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選技術(shù)方案為同一層單絲的中心軸線構(gòu)成圓，中心軸線構(gòu)成的圓與所述導(dǎo)線為同心圓。本實(shí)用新型的再一優(yōu)選技術(shù)方案為所述石墨烯納米材料薄片沿其圓周方向均勻分布。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果包括I)輸電線路電損降低本實(shí)用新型的導(dǎo)線采用石墨烯納米材料作為導(dǎo)電部分，導(dǎo)電率比鋁和銅等傳統(tǒng)金屬材料提高I倍以上，因此石墨烯納米材料導(dǎo)線能顯著降低線路損耗，同時(shí)提高導(dǎo)線拉重t匕，改善導(dǎo)線弧垂性能，降低桿塔高度，增大線路檔距，節(jié)省線路投資；2)輸電線路輸送功率提高石墨烯納米材料導(dǎo)線能大幅提高輸送功率，輸電線路輸送容量增大；3)輸電線路抗拉能力提高由于石墨烯納米材料具有極強(qiáng)的抗拉能力，作為導(dǎo)線的承力部分或?qū)щ姴糠郑茱@著提高導(dǎo)線的抗拉能力。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是附著式石墨烯納米材料導(dǎo)線；圖2是納米管式石墨烯納米材料導(dǎo)線；圖3是復(fù)合式石墨烯納米材料導(dǎo)線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型提供了一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線應(yīng)用于架空輸電線路，導(dǎo)線具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，能夠顯著降低輸電線路的電損，提高輸電線路的輸送功率。導(dǎo)線具有不同的結(jié)構(gòu)形式，具體結(jié)構(gòu)如下。結(jié)構(gòu)型式一附著式石墨烯納米材料新型導(dǎo)線如附圖1所示，內(nèi)層為鋼或碳纖維等復(fù)合材料絞制而成，主要作為承力作用，以及石墨烯納米材料新型導(dǎo)線的基底，外層為石墨烯納米材料薄片絞制而成，是架空用輸電線路導(dǎo)線的導(dǎo)電部分。其中內(nèi)層的鋼芯或碳纖維復(fù)合芯的層數(shù)，以及外層石墨烯納米材料的片數(shù)，可根據(jù)線路實(shí)際輸送容量及線路運(yùn)行要求設(shè)計(jì)。鋼或碳纖維材料制備成圓線型 單絲，單絲之間相互緊貼，絞繞成規(guī)則管型結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)線的內(nèi)層，在導(dǎo)線內(nèi)層的外圍設(shè)置由石墨烯納米材料薄片，石墨烯納米材料薄片構(gòu)成橫截面積為圓形的外層，石墨烯納米材料薄片沿其圓周方向均勻的分布在外層。結(jié)構(gòu)型式二 納米管式石墨烯納米材料新型導(dǎo)線如附圖2所示，石墨烯材料既作為導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，也作為承力和基底結(jié)構(gòu)，由不同直徑及數(shù)量的石墨烯材料納米管絞制而成。其中石墨烯材料納米管的直徑及數(shù)量根據(jù)線路設(shè)計(jì)輸送容量及線路運(yùn)行要求設(shè)計(jì)。石墨烯材料納米管作為單絲，絞繞成規(guī)則的管型結(jié)構(gòu)，單絲之間相互緊貼，位于同一層單絲的中心軸線構(gòu)成圓形。結(jié)構(gòu)型式三復(fù)合式石墨烯納米材料新型導(dǎo)線如圖3所示，圓形截面部分為基底材料，可選用碳纖維等能滿足導(dǎo)線制造和運(yùn)輸要求的復(fù)合材料，石墨烯納米材料作為導(dǎo)線部分，與碳纖維等材料復(fù)合成單絲，進(jìn)而根據(jù)需要絞制成滿足工程需要的導(dǎo)線。其中復(fù)合式石墨烯材料直徑及根數(shù)根據(jù)線路設(shè)計(jì)輸送容量及線路運(yùn)行要求設(shè)計(jì)。復(fù)合式石墨烯材料作為單絲，絞繞成規(guī)則的管型結(jié)構(gòu)，單絲之間相互緊貼，位于同一層單絲的中心軸線構(gòu)成圓形。結(jié)構(gòu)型式四組合式石墨烯納米材料新型導(dǎo)線即以上三種型式的組合型式，即附著納米管式新型石墨烯導(dǎo)線、附著復(fù)合式新型石墨烯導(dǎo)線等結(jié)構(gòu)形式。附著納米管式新型石墨烯導(dǎo)線，即以石墨烯納米管作為單絲，絞繞成規(guī)則的管型結(jié)構(gòu)作為內(nèi)層，單絲之間相互緊貼；在導(dǎo)線內(nèi)層的外圍設(shè)置由石墨烯納米材料薄片，石墨烯納米材料薄片構(gòu)成橫截面積為圓形的外層，石墨烯納米材料薄片沿其圓周方向均勻的分布在外層。附著復(fù)合式新型石墨烯導(dǎo)線，即以結(jié)構(gòu)形式三所述的復(fù)合式石墨烯，石墨烯納米材料作為導(dǎo)線部分，與碳纖維等材料復(fù)合成單絲，然后將單絲絞繞成規(guī)則的管型結(jié)構(gòu)作為內(nèi)層，單絲之間相互緊貼；在導(dǎo)線內(nèi)層的外圍設(shè)置由石墨烯納米材料薄片，石墨烯納米材料薄片構(gòu)成橫截面積為圓形的外層，石墨烯納米材料薄片沿其圓周方向均勻的分布在外層。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本實(shí)用新型的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對本實(shí)用新型的范圍的限制，本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求 定義。
權(quán)利要求1.一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其特征在于所述導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)為 形式一所述導(dǎo)線包括內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層由圓線型單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結(jié)構(gòu)，所述外層設(shè)置于內(nèi)層的外圍，所述外層的橫截面為圓形結(jié)構(gòu)； 所述內(nèi)層由鋼或碳纖維的單絲、石墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成，所述外層由石墨烯納米材料薄片絞繞而成； 形式二 所述導(dǎo)線由圓線型單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結(jié)構(gòu)； 所述單絲為石墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成； 其中，復(fù)合式單絲的圓形截面為碳纖維復(fù)合材料，圓形截面內(nèi)部為石墨烯納米材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其特征在于所述相鄰層的絞繞方向相反。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其特征在于所述單絲絞繞成η層結(jié)構(gòu)，η為大于I的自然數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其特征在于同一層單絲的中心軸線構(gòu)成圓，其與所述導(dǎo)線為同心圓。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，其特征在于所述石墨烯納米材料薄片沿其圓周方向均勻分布。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種基于石墨烯納米材料的導(dǎo)線，屬于架空輸電線路導(dǎo)線技術(shù)領(lǐng)域，解決鋁銅等傳統(tǒng)金屬材料導(dǎo)電率提高有限，進(jìn)而架空輸電線路輸送容量有限的問題。導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)為，形式一導(dǎo)線包括內(nèi)層和外層，內(nèi)層由鋼或碳纖維的單絲、石墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成，外層由石墨烯納米材料薄片絞繞而成；形式二導(dǎo)線由圓線型石墨烯納米材料的納米管單絲或復(fù)合式單絲絞繞而成，單絲之間相互緊貼，形成規(guī)整的管型結(jié)構(gòu)，其中，復(fù)合式單絲的圓形截面為碳纖維復(fù)合材料，圓形截面內(nèi)部為石墨烯納米材料。本實(shí)用新型的石墨烯納米材料的導(dǎo)線能有效降低線路損耗，提高架空輸電線路的輸送功率，石墨烯導(dǎo)線的允許載流量為普通導(dǎo)線的10倍。
文檔編號H01B1/04GK202905266SQ201220499830
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者朱寬軍, 李新民, 司佳鈞, 艾臻, 蔣超, 劉瓊, 張晨光 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司