CN114464374A - 一种提高金属绞线导电性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高金属绞线导电性的方法及装置。所述方法包括：先在多根金属导线上同时生长石墨烯；然后将多根石墨烯金属复合导线绞合；石墨烯生长和绞合工序在同一密封腔室内完成。所述装置包括：密封腔室和用于向密封腔室内通入工艺气体的工艺气体气路机构，连通密封腔室与工艺气体气路机构的管路上设置有流量阀，密封腔室内设置有投料机构和收料机构，投料机构和收料机构之间依次设置有加热机构和绞线机构。本发明中，生产过程在同一密封腔室内完成，避免了石墨烯金属复合导线在包装、存储、转运过程中接触空气所导致的界面氧化及表面杂质引入对石墨烯金属复合绞线导电性能的不良影响，提高了石墨烯金属复合绞线的导电性。

Description

一种提高金属绞线导电性的方法及装置

技术领域

本发明属于金属复合材料技术领域，具体涉及一种提高金属绞线导电性的方法及装置。

背景技术

电线电缆是保障电力系统与通信系统运行的主要材料，其质量好坏关系着系统能否平稳安全运行。电线电缆起着输送电能，传输信息，实现电磁转换等作用，是机械、电气和各类与电相关的设备、建筑等不可缺失的基础器材，是未来电气化，信息化社会中必要的基础产品。

铜作为电线电缆行业广泛使用的导体材料，具有电阻率低、延展性好、抗疲劳、稳定性优异、耐腐蚀、电流承载力高、电压损耗低、抗氧化、成本低等优势。纯铜的电导率在室温下为5.8×10⁷S/m(国际退火铜标准IACS)，在所有金属中仅次于银的电导率(6.3×10⁷S/m)，并且由于成本相对较低，铜基材料被广泛用于电子电气等工业部门。随着社会和科技的迅速发展，许多新兴技术领域对导电铜材料的要求越来越高，甚至对电导率高于纯铜的一类材料的需求日益迫切。另一方面，目前全世界正面对资源短缺和气候变暖的问题，而电能是能源输运和转换的重要形式，如果可以提高铜的导电性，其具备显著提高几乎所有电气系统、设备性能并降低其能源消耗的潜能，会产生巨大的经济和社会效益。

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子形成的单层二维六角蜂窝状晶格结构的新材料。这种独特的结构赋予了石墨烯诸多优异性能，如力学性能(强度高达130GPa)，导热性能(导热系数高达5300W/(m·K))，导电性(常温下，载流子迁移率可达15000cm²/(V·s))等。石墨烯与铜复合，有望作为增强体实现铜基复合材料的导电性。通过制备石墨烯/铜复合材料，有望借助复合效应和协同效应提高铜的导电性能。

目前，石墨烯与铜线复合主要是通过浇铸法或压铸法制备出铜块或铜锭，再通过拉伸挤压法制备石墨烯铜导线复合材料。铸造工艺相对简单、成熟，并且制备过程中增强体的结构完整性得到保持。但其对于石墨烯在基体中的取向分布效果不佳。同时，铸造过程中易产生气泡、皱纹、开裂、欠注等缺陷，造成样品的质量问题。此外，石墨烯增强体主要是氧化还原石墨烯，石墨烯尺寸小、厚度不均匀，而且由于表面官能团等的影响，其与铜基体复合的难度较大，官能团的存在对于铜基复合材料的导电性能影响较大。

化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)是利用化学反应由气相生长固体物质的方法，也是近年来制备石墨烯的主要方法之一，该方法可用于在铜基或过渡金属表面制备单层的石墨烯材料，并且其制备出的石墨烯质量高，性能好。

将CVD石墨烯制备工艺与铜绞线制程结合制成石墨烯铜复合材料，能够提高绞线的导电性。然而，目前还没有一种有效的将CVD石墨烯制备工艺与铜绞线制程结合在铜绞线中均匀引入高品质石墨烯的方法及装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯金属复合绞线的生产方法及生产装置。

发明人在研究石墨烯金属复合材料制备过程中发现，受设备及生产条件的限制，现阶段生产石墨烯铜复合导线时，需先在石墨烯生长设备里制备出石墨烯铜复合导线，再进行后续加工。一方面，目前石墨烯生长设备主要是针对箔材金属基底，针对金属导线制备设备较少，使用箔材设备在线材基底上制备石墨烯，会造成设备和能源的巨大浪费。此外，在石墨烯金属复合材料的包装、存储、运输过程中，金属基底表面会接触到空气中的水汽和氧气，从而造成金属表面氧化和在石墨烯表面引入杂质，并且，转运过程中石墨烯金属复合导线与转运设备的接触会产生褶皱，这些因素造成了石墨烯与金属导线之间的界面接触的均匀性不佳，从而影响了复合材料的整体导电性能。此外，包装、存储、运输及后期绞线等工序繁琐，花费工时长，产能低，造成能源和资源的不必要的浪费。

为解决以上问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种石墨烯金属复合绞线的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

先在多根金属导线上同时生长石墨烯，得到石墨烯金属复合导线；然后将多根石墨烯金属复合导线绞合，即得所述石墨烯金属复合绞线；其中，石墨烯生长工序和绞合工序在同一密封腔室内完成。

本发明中，术语“多”是指≥2的正整数。

可选地，金属导线的直径为100nm-5mm，优选为9μm-100μm。

可选地，所述金属导线包括但不限于：铜导线或镍导线或铁导线或铝导线或锡导线或钴导线或铂导线或金导线或银导线或铜、镍、铁、铝、锡、钴、铂、金和银中的至少两种金属形成的合金导线。

可选地，墨烯生长的温度为100℃-1500℃，优选为300℃-1070℃，更优选为500℃-1070℃。

可选地，石墨烯生长过程中，采用的工艺气体包括但不限于：氢气或惰性气体或二者的混合物。

本发明中，术语“惰性气体”包括氮气、氦气、氖气、氩气等气体。

可选地，石墨烯生长过程中，采用的碳源为固态碳源或气态碳源或液态碳源。

可选地，所述气态碳源包括但不限于：甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种。

可选地，所述固态碳源包括但不限于：聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯和多环芳烃族化合物中的一种或多种。

可选地，当采用固态碳源时，将固态碳源预先配制成溶液。

可选地，所述溶液采用的溶剂包括但不限于：乙醇、丙酮、乳酸乙酯、乙酸乙酯、二甲苯、甲苯、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺和二氯乙烷中的一种或多种。

可选地，所述液态碳源采用常温常压下处于液态的含碳有机物，如苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或多种。

可选地，当碳源采用气态碳源时，气态碳源的流量为0.01sccm-10000sccm，优选为100sccm-1000sccm。

可选地，当工艺气体采用氢气时，氢气的流量≤50000sccm(不包括0)，优选为200sccm-500sccm。

可选地，当工艺气体采用惰性气体时，惰性气体的流量≤50000sccm(不包括0)，优选为200sccm-500sccm。

可选地，所述绞合工序中，绞入系数为0.1％-10％，优选为1％-5％。

可选地，所述绞合工序之后还包括压制工序。

可选地，所述压制的温度为100℃-1300℃，优选为750℃-1000℃；压制的压力为5MPa-500MPa，优选为20MPa-30MPa；压制的速率为0.001m/min-1m/min，优选为0.05m/min-0.5m/min。

本发明的目的还在于提供如上所述石墨烯金属复合绞线的生产方法所采用的装置，所述装置包括：

密封腔室和用于向密封腔室内通入工艺气体的工艺气体气路机构，连通工艺气体气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀；

所述密封腔室内设置有投料机构和收料机构，所述投料机构和收料机构之间依次设置有加热机构和绞线机构，所述加热机构用于对所述密封腔室内环境或金属导线进行加热，以使碳源裂解并在金属导线上生长石墨烯。

可选地，所述生产装置还包括用于防止金属基材相互缠结的导线分束机构，所述导线分束机构设置于所述投料机构和绞线机构之间。

可选地，所述生产装置还包括用于压制石墨烯金属复合绞线的高温压制机构，所述高温压制机构设置于所述绞线机构和收料机构之间。

可选地，所述导线分束机构包括若干分束板，所有分束板沿金属导线的送料方向依次竖直设置于所述投料机构与绞线机构之间，所述分束板的板面上开设有若干分束孔。

可选地，所述导线分束机构包括若干分束齿，所有分束齿沿金属导线的送料方向依次竖直设置于所述投料机构与绞线机构之间，所述分束齿沿竖直方向并列设置。

可选地，所述投料机构包括若干投料辊。

可选地，所述生产装置还包括用于降低所述密封腔室内压力的抽真空机构。

可选地，所述生产装置还包括用于向所述密封腔室内通入气态碳源的气态碳源气路机构，连通气态碳源气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀。

如上所述，本发明提供的石墨烯金属复合绞线的生产方法及生产装置，具有以下有益效果：

(1)本发明中，通过将CVD石墨烯制备工艺与金属绞线制程结合，得到石墨烯金属复合绞线，可以使金属的导电性能得到提升。

(2)多路金属导线经高温石墨烯生长过程后，多晶金属导线的晶粒尺寸会得到进一步增大，晶界减少，晶界的减少有利于导线导电和导热性能的提高。

(3)在同一密封腔室内完成石墨烯生长工序和绞合工序，在生产过程中，石墨烯金属复合导线不会与外界空气接触，避免了转运过程中接触空气所导致的界面氧化及表面杂质引入对石墨烯与金属导线之间的界面均一性的不良影响，进而提高了复合绞线导电性。

(4)在同一密封腔室内完成石墨烯生长和绞合工序，无需进行转运，石墨烯金属复合导线未与转运设备接触，也就不会产生褶皱，从而避免了褶皱对石墨烯与金属导线之间的界面均一性的不良影响，进一步提高了复合绞线的导电性能。

(5)导线分束机构能够避免导线缠结，有利于生产的顺利进行。

(6)本发明适用范围广，不仅能够生产石墨烯金属复合绞线产品，还可根据中型、大型乃至特大型电机、变压器等对嵌线满槽率的需求，生产石墨烯金属复合条带。

(7)生产过程是卷对卷进行，避免石墨烯生长过程中反复升温、降温过程，同时避免了石墨烯金属复合线包装、存储和运输流程，缩短了工艺流程，从而降低了能耗和成本，且提高了产能和效率。

附图说明

图1为实施例1的石墨烯金属复合绞线的生产装置的结构示意图；

图2为石墨烯生长前后，铜导线的电子背散射衍射扫描图谱，2A和2B分别为石墨烯生长前铜导线的电子背散射衍射扫描图谱和石墨烯生长后铜导线的电子背散射衍射扫描图谱；

图3为实施例3的石墨烯金属复合绞线的生产装置的结构示意图；

图4为刚制得的石墨烯铜复合导线样品的显微镜图及其在室温、湿度为85％大气条件下放置30天后的石墨烯铜复合导线样品的显微镜图，其中，A为刚制得的石墨烯铜复合导线的显微镜图，B为在室温、湿度为85％大气条件下放置30天后的石墨烯铜复合导线样品的显微镜图；

图5为刚制得的石墨烯铜复合导线样品的拉曼光谱图及其在室温、湿度为85％大气条件下放置30天后的石墨烯铜复合导线样品的拉曼光谱图，其中，A为刚制得的石墨烯铜复合导线样品的拉曼光谱图，B为在室温、湿度为85％大气条件下放置30天后的石墨烯铜复合导线样品的拉曼光谱图，其中，横坐标为拉曼频移，单位为波数，纵坐标为拉曼强度。

附图标记

本发明的附图中，1为密封腔室，2为投料辊，3为金属导线，4为工艺气体气路机构，5为分束板，6为加热机构，7为抽真空机构，8为绞线机构，9为收卷机，10为流量阀，11为泄气阀，12为压线机构，13为气态碳源气路机构，14为分束齿。

具体实施例

以下通过特定的具体实例对本发明进行进一步的说明，下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种石墨烯金属复合绞线的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

先于工艺气体气氛下在多根直径为10nm-5mm的金属导线上于300-1500℃温度下同时生长石墨烯，得到石墨烯金属复合导线；工艺气体为氢气或惰性气体或二者的混合物，氢气的流量≤50000sccm，惰性气体的流量≤50000sccm；金属导线为铜导线或镍导线或铁导线或铝导线或锡导线或银导线或金导线或铂导线或钴导线或铜、镍、铁、铝、锡、银、金和铂中的至少两种金属形成的合金导线；石墨烯生长过程中，采用的碳源为固态碳源或流量为0.01sccm-10000sccm的气态碳源或液态碳源，固态碳源包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、多环芳烃族化合物中的一种或多种；气态碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种，液态碳源包含苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或多种；

然后将多根石墨烯金属复合导线于绞入系数为0.1％-10％条件下绞合，即得石墨烯金属复合绞线；其中，石墨烯生长和绞合工序在同一密封腔室内完成。

在本发明的另一个实施例中，绞合工序之后还包括压制工序，压制的温度为100℃-1300℃，优选为750℃-1000℃；压制的压力为5MPa-500MPa，优选为20MPa-30MPa；压制的速率为0.001m/min-1m/min，优选为0.05m/min-0.5m/min。

本发明还提供如上所述石墨烯金属复合绞线生产方法所采用的生产装置，所述生产装置包括：

密封腔室、用于向密封腔室内通入工艺气体的工艺气体气路机构和用于降低密封腔室内压力的抽真空机构，连通工艺气体气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀；

密封腔室内设置有投料机构和收料机构，投料机构包括若干投料辊，投料机构和收料机构之间依次设置有加热机构和绞线机构，绞线机构与投料机构之间还设置有用于防止金属基材相互缠结的导线分束机构，加热机构用于对密封腔室内环境或金属导线进行加热，以使碳源裂解并在金属导线上生长石墨烯。

在本发明的一个实施例中，导线分束机构包括若干分束板，所有分束板沿金属导线的送料方向依次竖直设置于投料机构与绞线机构之间，分束板的板面上开设有若干分束孔。

在本发明的另一个实施例中，导线分束机构包括若干分束齿，所有分束齿沿金属导线的送料方向依次竖直设置于投料机构与绞线机构之间，分束齿沿竖直方向并列设置。

在本发明的另一个实施例中，生产装置还包括用于压制石墨烯金属复合绞线的高温压制机构，高温压制机构设置于绞线机构和收料机构之间。

在本发明的另一个实施例中，生产装置还包括用于向密封腔室内通入气态碳源的气态碳源气路机构，连通气态碳源气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀。

实施例1

如图1所示的石墨烯金属复合绞线的生产装置，所述生产装置包括：

密封腔室1、用于向密封腔室内通入工艺气体的工艺气体气路机构4和用于降低密封腔室1内压力的抽真空机构7；

密封腔室1内依次设置有投料机构、导线分束机构、绞线机构8和收料机构；

投料机构包括若干投料辊2，所有投料辊2沿竖直方向并列设置或错位设置；

导线分束机构包括若干分束板5，所有分束板5沿金属导线的送料方向依次竖直设置于投料机构与绞线机构8之间，分束板5的板面上开设有若干分束孔，不同的金属导线分别穿过同一分束板5板面上的不同分束孔进入绞线机构8，通过该设置能够避免金属导线的相互缠结；

绞线机构8用于将多股单支石墨烯金属基复合导线绞合为一股，其具体采用绞线机；

收料机构具体采用收卷机9，收卷机9将绞合为一股的石墨烯金属复合绞线收纳成卷；

投料机构和绞线机构8之间还设置有加热机构6，加热机构6采用加热器，加热机构用于对密封腔室1内环境或金属导线3进行加热，以使碳源在高温及金属导线3的催化作用下裂解，进而在金属导线3表面生长石墨烯；加热器具体可以采用电磁加热器、电阻丝加热套或红外线加热管，加热机构6包括加热组件、温度传感器和温度控制器，加热组件用于对密封腔室1内部环境或金属导线3进行加热，温度传感器用于监测密封腔室1内部环境或金属导线的温度，温度控制器接收温度传感器的数据，并根据温度传感器的数据控制控制加热组件的开启和关闭。利用传感器检测信号并将相关信号传输至控制器，由控制器根据接收到的信号控制执行元件执行动作是现有技术，此处不再赘述；

工艺气体气路机构4设置有工艺气体存储容器及与工艺气体存储容器连通的工艺气体出气管路，工艺气体出气管路上设置有开关阀(未画出)和单向阀(未画出)，单向阀能够控制工艺气体由内向外的单向流动，避免气体向工艺气体存储容器内倒灌。工艺气体气路机构4为现有技术，与改进点无关，此处不再赘述；

工艺气体气路机构4连通密封腔室1的一端，连通密封腔室1与工艺气体气路机构4的管路上设置有流量阀10，流量阀10能够控制排出工艺气体存储容器的工艺气体(氢气、惰性气体或二者的混合物)的流量；

抽真空机构7包括真空泵及与真空泵连通的管路，管路上设置有开关阀(未画出)和真空计(未画出)，抽真空机构7为现有技术，与改进点无关，此处亦不再赘述。抽真空机构7能够快速将密封腔室1内压力抽至低真空状态，将密封腔室1内的氧气和杂质抽出密封腔室1外，使密封腔室1处于洁净状态，避免在工艺过程中氧气或杂质的影响。

实施例2

采用实施例1的装置生产石墨烯铜复合绞线，具体步骤如下：

通过抽真空机构7将密封腔室1内环境抽至真空度＜0.1Pa后关闭抽真空机构，在抽真空过程中，抽真空机构7将密封腔室1内气体抽出并排放至大气中，从而使密封腔室1内环境处于无氧状态；通过工艺气体气路机构4向密封腔室1内通入工艺气体；其中，工艺气体采用氩气与氢气的混合气体，氩气和氢气的流量分别为1000sccm和100sccm；

采用浸泡方式将100根直径为10μm的单支铜导线表面涂覆聚二甲基丙烯酸甲酯的乙酸乙酯溶液，并分别进行收卷，得到100卷铜线卷；其中，乙酸乙酯溶液中，聚二甲基丙烯酸甲酯的浓度为0.05wt％；

随后将100卷表面涂覆有覆聚二甲基丙烯酸甲酯的乙酸乙酯溶液的铜线卷分别通过投料辊2进行投料，在收卷机构9的牵拉作用下，所有投料辊2处的单支铜导线分别穿过同一分束板5板面上的不同分束孔进入绞线机构8，绞线机构8将多根铜导线扭成一股，绞入系数为2％；随后被收卷机9收纳成卷，得到石墨烯铜复合绞线。

在铜导线被牵拉到收卷机9的过程中，设置在铜导线送料路径上的加热机构6将铜导线加热至1000℃，在高温、氢气及铜的催化作用下，聚二甲基丙烯酸甲酯裂解，并在铜导线的表面生长石墨烯，得到石墨烯铜复合导线；石墨烯铜复合导线进入绞线机构8后，绞线机构8将多根石墨烯铜复合导线绞合成一股，随后被收卷机9收纳成卷。

本实施例制得的石墨烯铜复合绞线，导电性能优异。石墨烯生长、绞合和收卷在同一密封腔室内进行，在生产过程中，石墨烯铜复合导线不会与外界空气接触，避免了转运过程中接触空气所导致的界面氧化及表面杂质引入对石墨烯与铜导线之间的界面均匀性的不良影响，进而提高了复合绞线的导电性。

其次，生产过程中，无需转运，石墨烯铜复合导线未与转运设备接触，也就不会产生褶皱，从而避免了褶皱对石墨烯与铜导线之间的界面均一性的不良影响，进一步提高了复合绞线的导电性能。

此外，多路铜导线经高温石墨烯生长过程后，多晶铜的晶粒尺寸会得到进一步增大，晶界减少，晶界的减少有利于石墨烯铜复合绞线导电和导热性能的进一步提高。

石墨烯生长前后，分别对铜导线进行电子背散射衍射扫描，结果分别如图2A和2B所示；其中，电子背散射衍射扫描通过在扫面电子显微镜(Oxford symmetry Camera)上通过集成的GeminiSEM 300配件进行。

由图2可知，石墨烯生长前，组成铜导线的铜晶粒尺寸较小(不同颜色代表不同的晶面取向，一个小区域代表一个晶粒，晶粒之间的边界为晶界)；石墨烯生长后，组成铜导线的铜晶粒尺寸明显增大，晶界减少，而晶界减少有利提高铜导线的导电和导热性能。

实施例3

如图3所示石墨烯金属复合绞线的生产装置。

本实施例与实施例2的不同之处在于：密封腔室1的另一端设置有泄气阀11，通过泄气阀11能够将密封腔室1内高于大气压的气体排出密封腔室1外；与工艺气体气路机构4相连通的密封腔室1的一端还连通有用于向密封腔室1内通入气态碳源的气态碳源气路机构13，气态碳源气路机构13设置有气态碳源存储容器及与气态碳源存储容器连通的气态碳源出气管路，气态碳源出气管路上设置有开关阀(未画出)和单向阀(未画出)，单向阀能够控制气态碳源由内向外的单向流动，避免气体向气态碳源存储容器内倒灌。连通密封腔室1与气态碳源气路机构13的管路上设置有流量阀10，流量阀10能够控制排出气态碳源存储容器的气态碳源的流量；气态碳源气路机构13为现有技术，与改进点无关，此处不再赘述；气态碳源采用乙烯，乙烯的流量为50sccm；

导线分束机构包括若干分束齿14，所有分束齿14沿铜导线的送料方向依次竖直设置于投料机构与绞线机构8之间，分束齿14沿竖直方向并列设置，不同的铜导线分别穿过分束齿形成的不同槽进入绞线机构8，通过该设置避免铜导线的相互缠结；

还包括用于压制石墨烯铜复合绞线的高温压制机构10，高温压制机构10设置于绞线机构8和收料机构之间，高温压制机构10采用辊压机，辊压的温度为800℃，压强为30MPa,速率为0.5m/min。

通过抽真空机构7将密封腔室1抽至真空度＜0.1Pa后关闭抽真空机构，通过工艺气体气路机构4向密封腔室1内通入工艺气体直至密封腔室1内压力处于常压，继续通入工艺气体，打开泄气阀11，通过泄气阀11将密封腔室1内高于大气压的气体排出密封腔室1外，从而使进入、排出密封腔室1的气体达到动态平衡状态，以适应常压强条件下的工艺需要。

对比例1

本对比例与实施例2的不同之处在于：将100根表面涂覆有聚二甲基丙烯酸甲酯的乙酸乙酯溶液，直径为10μm的单支铜导线置于石墨烯生长设备内，采用与实施例2完全相同的工艺参数生长石墨烯，得到石墨烯铜复合导线，随后降温并取出石墨烯铜复合导线。然后将该100根表面长有石墨烯的石墨烯铜复合导线置于室温下，湿度85％的大气环境中放置30天。接着将该100根生长有石墨烯的铜导线置于含绞线机构和收料机构的密封腔室内，采用与实施例2完全相同的工艺参数依次进行绞线和收纳成卷，得石墨烯铜复合绞线。

将本对比例刚制得的石墨烯铜复合导线(其显微镜下图片如图4A所示)及室温、湿度为85％大气条件下放置30天的石墨烯铜复合导线(其显微镜下图片如图4B所示)进行金属表面形貌表征和拉曼光谱检测，金属表面形貌表征采用显微镜放大500倍下采集图片，拉曼光谱采用共聚焦拉曼光谱仪检测，激光波长532nm，功率10％，拉曼光谱检测结果如图5所示。

由图4和图5可知，刚制得的石墨烯铜复合导线表面洁净，主要表现出紫铜原铜的颜色，石墨烯的拉曼谱图也显示为单层石墨烯的特征峰，无缺陷峰。于室温、85％湿度的大气环境中放置30天后，石墨烯铜复合导线表面发生氧化，显微镜照片可以看到明显的暗红色区域，石墨烯与铜箔表面作用减弱，G峰增高，且出现缺陷D峰。

性能检测

按照《GB/T 351-2019金属材料电阻率测试方法》中国际退火铜标准，检测实施例2-3及对比例1制得的石墨烯铜复合绞线的导电率，结构如表1所示。

表1电导率检测结果平均值

检测内容	实施例2	实施例3	对比例1
				导电率/％IACS	118	116	91

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种石墨烯金属复合绞线的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

先在多根金属导线上同时生长石墨烯，得到石墨烯金属复合导线；

然后将多根石墨烯金属复合导线绞合，即得所述石墨烯金属复合绞线；

其中，石墨烯生长工序和绞合工序在同一密封腔室内完成。

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述金属导线的直径为100nm-5mm；

和/或，所述金属导线包括：铜导线或镍导线或铁导线或铝导线或锡导线或钴导线或铂导线或金导线或银导线或铜、镍、铁、铝、锡、钴、铂、金和银中的至少两种金属形成的合金导线；

和/或，石墨烯生长的温度为100℃-1500℃；

和/或，石墨烯生长过程中，采用的工艺气体包括：氢气或惰性气体或二者的混合物；

和/或，石墨烯生长过程中，采用的碳源为气态碳源或固态碳源或液态碳源；

和/或，所述绞合工序之后还包括压制工序。

3.如权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述气态碳源包括：甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种；

或，所述固态碳源包括：聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯和多环芳烃族化合物中的一种或多种；

和/或，当采用固态碳源时，将固态碳源预先配制成溶液；

或，当碳源采用气态碳源时，气态碳源的流量为0.01-10000sccm；

或，当工艺气体采用氢气时，氢气的流量≤50000sccm；

或，当工艺气体采用惰性气体时，惰性气体的流量为≤50000sccm；

和/或，所述压制的温度为100℃-1300℃，压制的压力为5MPa-500MPa，压制的速率为0.001m/min-1m/min。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述绞合工序中，绞入系数为0.1％-10％。

5.一种石墨烯金属复合绞线的生产装置，其特征在于，包括：

密封腔室和用于向密封腔室内通入工艺气体的工艺气体气路机构，连通工艺气体气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀；

所述密封腔室内设置有投料机构和收料机构，所述投料机构和收料机构之间依次设置有加热机构和绞线机构，所述加热机构用于对所述密封腔室内环境或金属导线进行加热，以使碳源裂解并在金属导线上生长石墨烯。

6.如权利要求5所述的生产装置，其特征在于，还包括用于防止金属导线相互缠结的导线分束机构，所述导线分束机构设置于所述投料机构和绞线机构之间；

和/或，还包括用于压制石墨烯金属复合绞线的高温压制机构，所述高温压制机构设置于所述绞线机构和收料机构之间。

7.如权利要求6所述的生产装置，其特征在于，所述导线分束机构包括若干分束板，所有分束板沿金属导线的送料方向依次竖直设置于所述投料机构与绞线机构之间，所述分束板的板面上开设有若干分束孔。

8.如权利要求6所述的生产装置，其特征在于，所述导线分束机构包括若干分束齿，所有分束齿沿金属导线的送料方向依次竖直设置于所述投料机构与绞线机构之间，所述分束齿沿竖直方向并列设置；

和/或，所述投料机构包括若干投料辊。

9.如权利要求5所述的生产装置，其特征在于，还包括用于降低所述密封腔室内压力的抽真空机构。

10.如权利要求5所述的生产装置，其特征在于，还包括用于向所述密封腔室内通入气态碳源的气态碳源气路机构，连通气态碳源气路机构与密封腔室的管路上设置有流量阀。

Images