CN104200913A - 一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯金属化光纤电光缆，包括：石英光纤纤芯，石英光纤包层，光纤金属镀层，石墨烯薄膜层，保护绝缘层。其特征在于石英光纤纤芯外层包裹一层石英光纤包层，在石英光纤包层上镀上一层金属镀层，金属镀层的外层沉积生长一层石墨烯薄膜层，构成石墨烯金属化光纤电光缆核心部分。

Description

一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法

技术领域

    本发明电力输电领域，具体涉及一种可以同时输送电力和传输信号的电力光缆即一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法。

背景技术

   电光缆也就是电力光缆是指把光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能，一般称作OPGW光缆，还有一种是在传统的相线结构中将光纤单元复合在导线中的光缆，是充分利用电力系统自身的线路资源，特别是电力配网系统，避免在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾，使之具有传输电能及通信的双重功能。

从目前来看，电力光纤主要是把金属电缆和石英光纤简单的复合在一起，这样制作工艺复杂，成本高，且由于光纤和电缆简单的复合，由于两种材质属性不一样，导致产品一致性差，且安装使用复杂，难以推广应用。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。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，石墨烯中电子受到的干扰也非常小，同时，石墨烯是世上最薄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15 000 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，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。

石墨烯与石英具有很好的亲和力，把石墨烯和光纤结合在一起，形成一种新的石墨烯电光缆，但是石墨烯很难直接附着在石英光纤表层，本发明人已经公开了一种石墨烯电光缆技术方案，该技术方案是把石墨烯直接生长在石英光纤上，这种方法工艺复杂，生产成本高，且石墨烯附着力差，不能很好地满足市场需要，如何解决石墨烯稳定附着在石英光纤上，是石墨烯电光缆期待解决的问题。

发明内容

为了解决现有石墨烯电光缆存在的问题，解决传统电光缆成本高，安装维护困难控制系统复杂，安全可靠性低问题。本发明提供一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法。本发明为实现其目的所采取的技术方案：一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，包括：石英光纤纤芯，石英光纤包层，光纤金属镀层，石墨烯薄膜层，保护绝缘层。其特征在于石英光纤纤芯外层包裹一层石英光纤包层，在石英光纤包层上镀上一层金属镀层，金属镀层的外层沉积生长一层石墨烯薄膜层，构成石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法核心部分。

进一步的不少于一根的石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法纤维外面包裹绝缘层，绝缘层为聚乙烯或聚氯乙烯。

优选的光纤金属镀层，其特征在于金属镀层的厚度为0.2-5μm，镀层金属为镍、铜、铂、金。

优选的石墨烯薄膜层，其特征在于石墨烯薄膜层为二维六角型呈蜂巢晶格的平面单原子层薄膜，附着在金属镀层上的石墨烯薄膜层数为1-30层。

石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层上直接生长，在一定的石墨烯悬浊液中加入金属镀层石英光纤，经超声振荡，使石墨烯结晶生长在石英光纤的金属镀层上。

优选的石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层的生长方式，可以是无氧环境热化学气象沉降法和等离子无氧环境化学气象沉降法在石英光纤金属镀层上生长石墨烯薄膜。

优选的石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层的生长方式，可以是含碳的单质或化合物可以粘附在石英光纤金属镀层上或在石英光纤金属镀层旁边，通过气化结晶的方式，生长在石英光纤的金属镀层上。

本发明的有益效果

1、由于采用了石墨烯作为导电体，大大降低了导体的电阻率，提高了输电效率，石墨烯强度大，质量轻便于安装维护，同时，石墨烯耐氧化不腐蚀，使电缆寿命大大加强。

2、在石英光纤的包膜层上首先沉积电镀一层金属镀层，使石墨烯薄膜层沉积生长在金属镀层上，生产工艺简单，石墨烯附着力强，石墨烯电光缆性能稳定可靠。

3、采用输电和传输信息一体化设计，改变了传统输电和信息传输模式，实现一根电缆具备输电和传输信息的双重功能。

由于采用了上述技术方案，从而使本发明实解决传统电力电缆应用的制约条件，石墨烯与光纤的有机结合，实现了输电的高效，低成本，安全可靠，有利于电力和通信事业的发展。

附图说明

　　以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

    图1、图2为本发明结构示意图：

1、石英光纤纤芯，2、石英光纤包层，3、光纤金属镀层，4、石墨烯薄膜层，5、保护绝缘层。

具体实施方式

结合具体实施例和附图对本发明作进一步介绍，一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，包括：石英光纤纤芯1，石英光纤包层2，光纤金属镀层3，石墨烯薄膜层4，保护绝缘层5。其特征在于石英光纤纤芯1外层包裹一层石英光纤包层2，在石英光纤包层2上镀上一层金属镀层3，金属镀层3的外层沉积生长一层石墨烯薄膜层4，构成石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法核心部分。

进一步的不少于一根的石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法纤维外面包裹绝缘层5，绝缘层5为聚乙烯或聚氯乙烯。

优选的光纤金属镀层，其特征在于金属镀层3的厚度为0.2-5μm，镀层金属为镍、铜、铂、金。

优选的石墨烯薄膜层，其特征在于石墨烯薄膜层4为二维六角型呈蜂巢晶格的平面单原子层薄膜，附着在金属镀层上的石墨烯薄膜层4数为1-30层。

石墨烯薄膜层4在石英光纤金属镀层3上直接生长，在一定的石墨烯悬浊液中加入金属镀层石英光纤，经超声振荡，使石墨烯结晶生长在石英光纤的金属镀层3上。

优选的石墨烯薄膜4在石英光纤金属镀层3的生长方式，可以是无氧环境热化学气象沉降法和等离子无氧环境化学气象沉降法在石英光纤金属镀层3上生长石墨烯薄膜4。

优选的石墨烯薄膜4在石英光纤金属镀层3的生长方式，可以是含碳的单质或化合物可以粘附在石英光纤金属镀层3上或在石英光纤金属镀3层旁边，通过气化结晶的方式，生长在石英光纤的金属镀层3上。

实施例：选用一根附着有金属镍镀层的石英光纤，在一定空间内通过化学气象沉降方式，使用甲烷等含碳气体作为碳源，在900-1250℃进行石墨烯的生长，具体步骤如下，步骤一：镀镍石英光纤表面预处理，在500-1000℃和通入高纯氮气情况下是镀镍石英光纤的表面产生合适的着碳位点，时间为10-30分钟；步骤二：将产生着碳位点的镀镍石英光纤冷却至100-200℃，停掉氮气源；步骤三：把产生着碳位点的镀镍石英光纤再次升温至900-1200℃，并通入甲烷等含碳气体，使甲烷等含碳气体在高温下分解，释放碳原子，时间为30-120分钟，慢慢地在镀镍石英光纤的镍表面上生长石墨烯薄膜；步骤四：缓慢降温至室温，取出表面生长有石墨烯薄膜的石英光纤，制作完成石墨烯-石英光纤电光导体，把多根石墨烯-石英光纤束结在一起，外面包裹绝缘聚乙烯或聚氯乙烯，构成一根石墨烯电光缆。

上述实施例只是说明本发明的技术构思及特点，其目的是让本领域的普通技术人员能够了解本发明的特点并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所进行的等效变化或修饰，均应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，包括：石英光纤纤芯，石英光纤包层，光纤金属镀层，石墨烯薄膜层，保护绝缘层；其特征在于石英光纤纤芯外层包裹一层石英光纤包层，在石英光纤包层上镀上一层金属镀层，金属镀层的外层沉积生长一层石墨烯薄膜层，构成石墨烯金属化光纤电光缆核心部分。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，其特征在于不少于一根石墨烯金属化光纤电光缆纤维外面包裹绝缘层，绝缘层为聚乙烯或聚氯乙烯。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，其特征在于金属镀层的厚度为0.2-5μm，镀层金属为镍、铜、铂、金。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，其特征在于石墨烯薄膜层为二维六角型呈蜂巢晶格的平面单原子层薄膜，附着在金属镀层上的石墨烯薄膜层数为1-30层。

5.一种石墨烯金属化光纤电光缆的生产方法，其特征在于石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层上直接生长，在一定的石墨烯悬浊液中加入金属镀层石英光纤，经超声振荡，使石墨烯结晶生长在石英光纤的金属镀层上。

6.根据权利要求5所述的一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，其特征在于石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层的生长方式，可以是无氧环境热化学气象沉降法和等离子无氧环境化学气象沉降法在石英光纤金属镀层上生长石墨烯薄膜。

7.根据权利要求5所述的一种石墨烯金属化光纤电光缆及生产方法，其特征在于石墨烯薄膜在石英光纤金属镀层的生长方式，可以是含碳的单质或化合物可以粘附在石英光纤金属镀层上或在石英光纤金属镀层旁边，通过气化结晶的方式，生长在石英光纤的金属镀层上。