CN102592720A - 非金属电缆、制作方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非金属电缆、制作方法及用途。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。非金属电缆，其组成包括：石墨烯粉 1 ，所述的石墨烯粉作为导电芯材，外侧包裹绝缘保护层 2 构成非金属电缆。本产品适合低成本的长、短距离电力传输。

Description

非金属电缆、制作方法及用途

技术领域

本发明涉及一种石墨烯作为导电材料的非金属电缆及其制作方法。

背景技术：

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光"；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率*超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体*高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。   

石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。

石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形); 如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。  

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。

　　石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。发展简史。第一：石墨烯是迄今为止世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米），那么它将能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料，电子在其中的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯的应用范围广阔。根据石墨烯超薄，强度超大的特性，石墨烯可被广泛应用于各领域，比如超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。另外石墨烯材料还是一种优良的改性剂，在新能源领域如超级电容器、锂离子电池方面，由于其高传导性、高比表面积，可适用于作为电极材料助剂　石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。

石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，目前一般的电脑芯片以这种方式浪费了70%-80%的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非同寻常的优良特性。  

 发明内容：

本发明提供一种新型非金属电缆，电缆侧制造方法和石墨烯的新用途。

本发明创造的目的是这样实现的：

非金属电缆，其组成包括：石墨烯，所述的石墨烯的粉作为导电芯材，外侧包裹绝缘保护层构成非金属电缆。

所述的非金属电缆，所述的绝缘保护层带有抗拉筋，所述的抗拉筋是电缆外侧凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保护层内带有纤维线。

所述的非金属电缆，所述的非金属保护层为0.3至3毫米的橡胶保护层，或大0.3至3毫米的合成塑料保护层

一种非金属电缆的制作方法，将石墨烯粉碎，石墨烯粉先经分散筛分设备分散成粗度均匀的粉，再经包装机压紧后定容热熔包装，包装后在外侧热熔固定非金属保护层。

一种石墨烯作为非金属电缆的用途。

有益效果：

1.本产品石墨烯材料优秀的导电性能已经得到科学的测试，其导电性能在金和铜之间。本产品应用石墨烯粉末作为电缆导电材料，研制出的一种低电阻，导电性能好，热值低的新型非金属电缆。

本产品石墨烯电缆，采用石墨烯材料作为导电芯材，由于非金属材料石墨烯密度较低，新型非金属电缆的重量是原有铜质芯材电缆的1/3。

本产品石墨烯电缆，采用石墨烯粉末作为导电芯材，由于作为电缆导电芯材的石墨烯材料是其他工程废用的石墨烯材料粉碎成末制成的，因而在保证导电性能与铜质芯材电缆相当的情况下，经济型客观，它的价格约是原有电缆的1/4。

本产品石墨烯电缆易于安装，便于接线，方便应用与各种使用已有铜合金芯材电缆的环境。

本产品保护层外侧带有加强筋，能够增加本产品非金属电缆的抗弯折能力，是本产品非金属电缆的其他物理性质也基本达到原有铜质芯材电缆的工作水平。

附图说明：

附图1是本产品的截面图。

具体实施方式：

实施例1：

一种非金属电缆，其组成包括：石墨烯，将所述的石墨烯的粉末1作为导电材料，外侧包裹绝缘保护层2构成非金属电缆。

所述的非金属保护层大约0.3至3毫米的橡胶保护层，或大约0.3至3毫米的合成塑料保护层。

本产品可以采用膨胀石墨烯，均呈蓬松绒球状，这些绒球由大量透明的超薄石墨烯片层组成，在溶剂中稍微超声即可得到孤立的石墨烯片层。高膨胀温度下所得石墨烯片层厚度为1.57nm，而低温样品约1.33nm，相应比表面积分别为700和750 m2/g，其中大部分石墨烯为单层或少数几层。微泡孔的存在不仅能够通过体积排斥效应降低电导率的逾渗阈值提高材料导电性，而且可以对脆性复合材料起到增韧的作用，克可以服片状纳米填料带来的脆性问题。直接采用单片的石墨烯是最好的选择。

实施例2：

非金属电缆的制作方法，将石墨烯粉碎成单片或者数量只有几片后，在外层包裹绝缘保护层2，制成电缆。石墨烯的片或者粉末可以实施例1的方式先经分散设备分散筛分成粗度均匀的片或肉眼观察的粉状物料，再经包装机压紧后定容热熔包装，包装后在外侧热熔固定非金属保护层。

实施例3：

非金属电缆，所述的绝缘保护层2带有抗拉筋3。所述的抗拉筋是电缆外侧凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保护层内带有纤维线。所述的绝缘保护层带有抗拉筋，所述的抗拉筋是电缆外侧凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保护层内带有纤维线。

实施例4：

如上所述，将石墨烯作为非金属电缆的新用途。

Claims (5)

1.一种非金属电缆，其组成包括：石墨烯，其特征是：所述的石墨烯的粉作为导电芯材，外侧包裹绝缘保护层构成非金属电缆。

2.根据权利要求1所述的非金属电缆，其特征是：所述的绝缘保护层带有抗拉筋，所述的抗拉筋是电缆外侧凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保护层内带有纤维线。

3.根据权利要求1或2所述的非金属电缆，其特征是：所述的非金属保护层为0.3至3毫米的橡胶保护层，或大0.3至3毫米的合成塑料保护层

4.一种非金属电缆的制作方法，其特征是：将石墨烯粉碎，石墨烯粉先经分散筛分设备分散成粗度均匀的粉，再经包装机压紧后定容热熔包装，包装后在外侧热熔固定非金属保护层。

5.一种石墨烯作为非金属电缆的用途。

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