CN105280292A - 一种石墨烯电光缆及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种石墨烯电光缆及制造方法包括：石英光纤纤维，石墨烯薄膜层，保护绝缘层。光电缆的主体由石英光纤维和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜包裹在石英光纤维的表面，进一步的石墨烯薄膜为10层到20层之间，不少于一根的石墨烯电光缆外纤维面包裹绝缘层，外面包裹绝缘层，优选的绝缘层为聚乙烯。

Description

一种石墨烯电光缆及制造方法

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电光缆及制造方法。

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（Graphene）的命名来自英文的graphite(石墨)+-ene(烯类结尾)。它一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。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5300W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·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，是解决目前电光缆处在问题的一条很好的解决方案。

发明内容

为了解决现有电光缆存在的问题，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电光缆及制造方法。本发明为实现其目的所采取的技术方案：一种石墨烯电光缆及制造方法包括：石英光纤纤维，石墨烯薄膜层，保护绝缘层。光电缆的主体由石英光纤维和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜包裹在石英光纤维的表面，进一步的石墨烯薄膜为10层到20层之间，优选的为15层。

进一步的不少于一根的石墨烯电光缆外纤维面包裹绝缘层，优选的为32根作为一束，外面包裹绝缘层，优选的绝缘层为聚乙烯。

优选的石墨烯薄膜在石英光纤纤维上直接生长，在一定的石墨烯悬浊液中加入石英光纤，经超声振荡，使石墨烯结晶生长在石英光纤纤维上。

优选的石墨烯薄膜在石英光纤纤维的生长方式，可以是加氧助剂热化学气象沉降法和等离子加氧助剂化学气象沉降法在石英光纤纤维上生长石墨烯薄膜。

优选的石墨烯薄膜在石英光纤纤维的生长方式，可以是含碳的单质或化合物可以粘附在石英光纤纤维上或在石英光纤纤维旁边，通过气化结晶的方式，生长在石英光纤纤维。

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、采用石墨烯包裹石英光纤纤维设计，大大加强了石英光纤的韧度和强度，延长了光纤的使用寿命。

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，有利于电力输送和通信事业的发展。

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为本发明结构示意图：

1、石英光纤纤维，2、石墨烯薄膜层，3、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，一种石墨烯电光缆及制造方法包括：石英光纤纤维1，石墨烯薄膜层2，保护绝缘层3。光电缆的主体由石英光纤维1和石墨烯薄膜2组成，石墨烯薄膜2包裹在石英光纤维1的表面，进一步的石墨烯薄膜2为10层到20层之间，优选的为15层。

进一步的不少于一根的石墨烯电光缆纤维外面包裹绝缘层3，优选的为10-50根作为石墨烯电光缆纤维一束，外面包裹绝缘层3，优选的绝缘层3为聚乙烯。

实施例：选用一根石英光纤纤维1，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2的生长，具体步骤如下，步骤一：石英光纤纤维1表面预处理，在500-1000℃和有氧情况下是石英光纤纤维1的表面产生合适的着碳位点，时间为10-30分钟；步骤二：将产生着碳位点的石英光纤纤维1冷却至100-200℃，停掉氧气源；步骤三：把产生着碳位点的石英光纤纤维1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，慢慢地在石英光纤纤维表面上生长石墨烯薄膜2；步骤四：缓慢降温至室温，取出表面生长有石墨烯薄膜2的石英光纤纤维1，制作完成石墨烯-石英光纤纤维电光导体，把多根石墨烯-石英光纤纤维束结在一起，外面包裹绝缘层3，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 (6)

1.一种石墨烯电光缆及制造及制造方法包括：石英光纤纤维，石墨烯薄膜层，保护绝缘层；其特征在于电光缆的主体由石英光纤维和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜包裹在石英光纤维的表面。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯电光缆及制造方法，其特征在于所述的石墨烯薄膜为10层到20层之间，优选的为15层。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯电光缆及制造方法，其特征在于不少于一根的石墨烯电光缆外纤维面包裹绝缘层，优选的为32根作为一束，外面包裹绝缘层，优选的绝缘层为聚乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯电光缆及制造方法，其特征在于墨烯薄膜在石英光纤纤维上直接生长，在一定的石墨烯悬浊液中加入石英光纤，经超声振荡，使石墨烯结晶生长在石英光纤纤维上。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯电光缆及制造方法，其特征在于石墨烯薄膜在石英光纤纤维的生长方式，可以是加氧助剂热化学气象沉降法和等离子加氧助剂化学气象沉降法在石英光纤纤维上生长石墨烯薄膜。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯电光缆及制造方法，其特征在于石墨烯薄膜在石英光纤纤维的生长方式，可以是含碳的单质或化合物可以粘附在石英光纤纤维上或在石英光纤纤维旁边，通过气化结晶的方式，生长在石英光纤纤维。