CN106683870A

CN106683870A - 一种石墨烯电磁线圈制作方法

Info

Publication number: CN106683870A
Application number: CN201710163616.4A
Authority: CN
Inventors: 王勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2017-05-17

Abstract

本发明涉及石墨烯导线的应用技术，尤其涉及一种石墨烯导线与金属端子的连接方法。本发明由绝缘基材1、石墨烯导线2、金属端子3共三部分组成。金属端子是石墨烯导线与外部电路连接的必要通路，金属端子在石墨烯导线的纵向端面处与石墨烯导线对接，为加长石墨烯导线与金属端子的连接长度，金属端子在与石墨烯导线接触的端面设计有锯齿状接触端面a、b、c、d、e、f，而a、b、c、d、e、f的长度总和与石墨烯导线宽度W之比，必须大于石墨烯电导率与金属端子电导率的比值；同时，金属端子的厚度与石墨烯导线的厚度之比，必须大于石墨烯导线的载流密度与金属端子载流密度之比。

Description

一种石墨烯电磁线圈制作方法

技术领域

本发明涉及高效能电磁线圈，尤其涉及一种石墨烯电磁线圈制作方法。

背景技术

电磁线圈是电磁能量转换的必要器件，变压器、电机、电感……都离不开电磁线圈；电磁线圈的指标直接影响电磁设备的性能，线圈的铜阻是众多因素中最重要的，也是无法回避的；特别是在高频和超高频应用时，高频电流的趋肤效应大幅减小了导线的有效导电截面积，恶化了线圈的性能；迄今为止，电磁线圈都是采用铝、无氧铜、铜包铝、银包铜等电阻率低且便于生产和成本适宜的金属制作导线——也称为电磁线；线圈的散热性能也是一项非常重要的指标，尽管无氧铜是优良的导热体，但是多匝导线绕成线圈时，绕组内部导线的热岛效应严重制约了电磁线圈性能；

石墨烯是常温下最好的导电体（载流密度是无氧铜的100倍）和导热体（导热系数4000W/m·K以上），同时又具有超薄的厚度（1个碳原子的厚度0.35nm），石墨烯的这些性能非常适合用作电磁线圈的导体，特别是石墨烯的超薄厚度完全杜绝了高频电流的趋肤效应，特别适合超高频电磁线圈的应用；将电磁导线扁平化是石墨烯导入电磁线圈应用的必要基础，同时还必须考虑石墨烯表面绝缘处理的可行性和有效性。

发明内容

本发明的技术关键有三点：

1、电磁导线扁平化；

2、扁平导线作为石墨烯成膜的基材，石墨烯在基材表面成膜；

3、石墨烯表面绝缘处理；

石墨烯电磁线圈可以分为平面涡旋线圈和扁导体竖绕线圈两大类：

平面涡旋线圈由基材1-1、石墨烯导线1-2、绝缘层1-3组成，在绝缘基材1-1的表面按照设计的规格制备石墨烯导线1-2，再在石墨烯导线1-2的表面制作绝缘层1-3；

扁导体竖绕线圈由弹性基材2-1、石墨烯导线2-2、绝缘层2-3组成，在弹性基材2-1的表面按照设计的规格制备石墨烯导线2-2，再在石墨烯导线2-2的表面制作绝缘层2-3；

石墨烯是2维材料，其优良的导电性和导热性均局限在2维平面，所以金属接线端子与石墨烯导线必须采取端面对接的方式进行电气连接。

说明书附图

图1：平面涡旋状石墨烯电磁线圈

1-1——绝缘基材，

1-2——石墨烯导线，

1-3——金属接线端子；

图2：平面涡旋状石墨烯电磁线圈结构剖视图

1-1——绝缘基材，

1-2——石墨烯导线，

1-4——绝缘层；

图3，扁导体竖绕石墨烯电磁线圈

2——石墨烯扁平导线，

图4，扁导体竖绕石墨烯电磁线圈结构剖视图

2-1——弹性基材，

2-2——石墨烯导线，

2-3——绝缘层；

图5，金属接线端子与石墨烯导线连接示意图

1-2——石墨烯导线，

1-3——金属接线端子，

L1、L2、L3、L4、L5、L6——锯齿状连线，

W——石墨烯导线的宽度。

Claims

1.一种石墨烯电磁线圈制作方法；其特征是：用超导材料石墨烯替代传统电磁线圈中的金属导体制作石墨烯电磁线圈；石墨烯电磁线圈分为平面涡旋线圈和扁导体竖绕线圈两大类，平面涡旋线圈由绝缘基材、石墨烯导电膜、绝缘层组成；扁导体竖绕线圈由弹性基材、石墨烯导电膜、绝缘层组成；石墨烯线圈通过金属接线端子与外电路连接。

2.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，用石墨烯替代传统的金属导体；其特征是：石墨烯电磁线圈中的石墨烯可以替代传统电磁线的铝、铜包铝、无氧铜、银包铜材料。

3.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，石墨烯电磁线圈分为平面涡旋线圈和扁导体竖绕线圈两大类；其特征是：应用于电子变压器的主要是平面涡旋线圈，应用于电机和电力变压器的主要是扁导体竖绕线圈。

4.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，平面涡旋线圈由绝缘基材、石墨烯导电膜、绝缘层组成；其特征是：绝缘基材是平板状，平板状的绝缘基板可以是纸板、玻璃纤维增强环氧树脂绝缘板、陶瓷板、玻璃板、氮化硼板中的一种或两种以上的组合；根据线圈的电流密度调整涡旋状石墨烯导电膜的宽度和厚度，石墨烯导电膜的厚度通过调整单层石墨烯的层数实现；石墨烯导电膜的形状根据设计的要求制作及调整；绝缘层可以是传统的绝缘漆，也可以是六方氮化硼，或者两种材料的组合。

5.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，扁导体竖绕线圈由弹性基材、石墨烯导电膜、绝缘层组成；其特征是：弹性基材可以是绝缘体，也可以是导体，PET、青壳纸、无氧铜是常用的选择；根据线圈的电流密度调整石墨烯导电膜的厚度，石墨烯导电膜的厚度通过调整单层石墨烯的层数实现；石墨烯导电膜的形状根据设计的要求制作及调整；绝缘层可以是传统的绝缘漆，也可以是六方氮化硼，或者两种材料的组合。

6.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，石墨烯线圈的石墨烯成膜采用特定的方法；其特征是：根据成膜基材的形状不同，分别采用CVD、PVD、丝印、涂覆、提拉、浸涂等成膜方法中的一种或两种以上方法的组合。

7.按照权利要求1所述的石墨烯电磁线圈，石墨烯线圈通过金属接线端子与外电路连接；其特征是：石墨烯是二维材料，其优良的导电性和导热性都局限于二维平面范围内，所以金属接线端子与石墨烯导电膜采用锯齿状平面对接的方法进行电气连接，锯齿连线的长度之和与导线的宽度之比，大于或等于金属端子的电阻率与石墨烯导电膜的电阻率之比；金属接线端子的材质可以是无氧铜、金属银、表面包银的无氧铜中的一种或两种以上的组合。