DE102013204856A1 - Nanocomposite with electric fields grading nanopatterns, process for its preparation and its use - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Nanokomposit (15) mit Graphen und Graphenoxid enthaltenden Nanostrukturen (14), die in einem elektrisch isolierenden Isolierstoff wie Zellulosefasern (16a, 16b) verteilt sind. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung dieses Nanokomposits als Isolationsmaterial für einen Transformator und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Nanostrukturen Teilbereiche aus Graphen und Teilbereiche aus Graphenoxid aufweisen. Hierdurch lässt sich der spezifische Widerstand des Nanokomposits in geeigneter Weise verändern, so dass er z. B. im Bereich von Öl liegt, und ein Verbund aus Öl und dem Nanokomposit als elektrische Isolation eine verbesserte Durchschlagfestigkeit für den Fall einer Beaufschlagung mit einer Gleichspannung aufweist. Gleichzeitig bleibt vorteilhaft das Isolationsvermögen bei einer Beaufschlagung mit einer Wechselspannung unverändert gut.The invention relates to a nanocomposite (15) with graphene and graphene oxide-containing nanostructures (14) which are distributed in an electrically insulating insulating material such as cellulose fibers (16a, 16b). The invention also relates to a use of this nanocomposite as an insulation material for a transformer and a method for its production. According to the invention it is provided that the nanostructures have partial areas made of graphene and partial areas made of graphene oxide. This allows the specific resistance of the nanocomposite to be changed in a suitable manner, so that it can e.g. B. is in the range of oil, and a composite of oil and the nanocomposite as electrical insulation has an improved dielectric strength in the event that a direct voltage is applied. At the same time, the insulation capacity advantageously remains unchanged when an alternating voltage is applied.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nanokomposit mit elektrischen Felder gradierenden Nanopartikeln, die in einem elektrisch isolierenden Isolierstoff verteilt sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung dieses Nanokomposits. Zuletzt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen Nanokomposits. The invention relates to a nanocomposite with electric fields grading nanoparticles, which are distributed in an electrically insulating insulating material. Furthermore, the invention relates to a use of this nanocomposite. Finally, the invention also relates to a method for producing such a nanocomposite.

Es ist bekannt, dass Nanokomposite als feldgradierendes Material verwendet werden können, wenn es darum geht, Spitzen bei der Ausbildung von elektrischen Feldern, beispielsweise an der Isolation elektrischer Leiter, zu verringern. Gemäß der WO 2004/038735 A1 kann hierzu beispielsweise ein Material, bestehend aus einem Polymer, verwendet werden. In diesem wird ein Füllstoff verteilt, dessen Partikel Nanopartikel sind, also einen mittleren Durchmesser von höchstens 100 nm in wenigstens einer Dimension ihrer Ausdehnung aufweisen. Gemäß der US 2007/0199729 A1 sind für derartige Nanopartikel u. a. halbleitende Materialien einsetzbar, deren Bandabschnitt in einem Bereich von 0 eV und 5 eV liegt. Mittels der eingesetzten Nanopartikel, die beispielsweise aus ZnO bestehen können, lässt sich der elektrische Widerstand des Nanokomposits einstellen. Wird bei der Zumischung der Nanopartikel ein bestimmter Anteil des Volumens überschritten, der je nach Größe der Nanopartikel bei 10 bis 20 Vol-% liegt, so verringert sich der spezifische Widerstand des Nanokomposits spürbar, wobei sich auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit des Nanokomposits einstellen und an die geforderten Bedingungen anpassen lässt. Insbesondere lässt ich ein spezifischer Widerstand in einer Größenordnung von 1012 Ωm einstellen. Dieser vergleichsweise hohe elektrische Widerstand führt bei einer Beanspruchung eines elektrischen Bauteils, welches mit dem Nanokomposit beschichtet ist, dazu, dass bei Anliegen einer Gleichspannung ein gewisser Verluststrom hingenommen werden muss. Erreicht wird allerdings ein Abfall der Feldstärke über den Nanokomposit, welcher eine gleichmäßigere Verteilung des Potentials zur Folge hat und damit auch das entstehende elektrische Feld in geeigneter Weise gradiert. Hierdurch können die entstehenden Feldspitzen verringert werden, wodurch vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit gesteigert wird. It is known that nanocomposites can be used as a field grading material when it comes to reducing peaks in the formation of electric fields, for example, in the insulation of electrical conductors. According to the WO 2004/038735 A1 For example, a material consisting of a polymer can be used for this purpose. In this, a filler is distributed whose particles are nanoparticles, ie have an average diameter of at most 100 nm in at least one dimension of their extent. According to the US 2007/0199729 A1 For such nanoparticles, inter alia semiconducting materials can be used whose band section lies in a range of 0 eV and 5 eV. By means of the used nanoparticles, which can for example consist of ZnO, the electrical resistance of the nanocomposite can be adjusted. If, during the admixture of the nanoparticles, a certain proportion of the volume is exceeded, which is between 10 and 20% by volume, depending on the size of the nanoparticles, the specific resistance of the nanocomposite is noticeably reduced, with the result that the electrical conductivity of the nanocomposite is adjusted and can be adapted to the required conditions. In particular, I can set a resistivity of the order of 10 12 Ωm. This comparatively high electrical resistance leads to a load of an electrical component, which is coated with the nanocomposite, that when a DC voltage applied a certain leakage current must be accepted. However, a drop in the field strength over the nanocomposite is achieved, which results in a more uniform distribution of the potential and thus also grades the resulting electric field in a suitable manner. As a result, the resulting field peaks can be reduced, which advantageously increases the dielectric strength.

Bei einer Beanspruchung des elektrischen Leiters mit einer Wechselspannung entsteht ebenfalls ein feldgradierender Effekt, der allerdings einem anderen Mechanismus folgt. Die feldschwächende Wirkung des Nanokomposits hängt hierbei von der Permittivität des Nanokomposits ab, wobei die Permittivität ε ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder ist. Die Permittivität wird auch als Dielektrizitätskonstante bzeichnet, wobei im Folgenden der Begriff „Permittivität“ verwendet werden soll. Als relative Permittivität bezeichnet man das durch die Permittivitätszahl εr = ε/ε0 bezeichnete Verhältnis der Permittivität ε eines Stoffes zur elektrischen Feldkonstante ε0, welche die Permittivität des Vakuums angibt. Je höher die relative Permittivität ist, desto größer ist auch der felschwächende Effekt des eingesetzten Stoffes im Verhältnis zum Vakuum. Im Folgenden werden nur die Permittivitätszahlen der zum Einsatz kommenden Stoffe behandelt. When the electrical conductor is subjected to an alternating voltage, a field-grading effect is also produced which, however, follows a different mechanism. The field-weakening effect of the nanocomposite depends on the permittivity of the nanocomposite, the permittivity ε being a measure of the permeability of a material for electric fields. The permittivity is also referred to as the dielectric constant, the term "permittivity" being used below. As the relative permittivity is referred to by the relative permittivity ε r = ε / ε 0 designated ratio of the permittivity ε of the substance to the electric field constant ε 0, which indicates the permittivity of vacuum. The higher the relative permittivity, the greater also the felschwächende effect of the substance used in relation to the vacuum. In the following, only the permittivity figures of the substances used are dealt with.

Aus H.J. Salavagione et al. „Graphene-Based Polymer Nanocomposites“, in „Physics and Applications of Graphene-Experiments“, InTech, 2011 wird beschrieben, dass Polymer-Komposite mit Graphen hergestellt werden können. Unter anderem wird auch die Verwendung von Graphenoxid untersucht, wobei an der Perkolationsschwelle eine sprunghafte Änderung des spezifischen Widerstands um 8 bis 9 Größenordnungen zu verzeichnen ist. Dies bedeutet, dass beim Einsatz von Graphenoxid in Polymeren in diesem Bereich des spezifischen Widerstands eine sehr empfindliche Reaktion des einzustellenden spezifischen Widerstands auf nur geringe Konzentrationsschwankungen zu erwarten ist. Out HJ Salavagione et al. "Graphene-Based Polymer Nanocomposites", in "Physics and Applications of Graphene Experiments", InTech, 2011 it is described that polymer composites can be prepared with graphene. Among other things, the use of graphene oxide is investigated, wherein at the percolation threshold, a sudden change in the resistivity by 8 to 9 orders of magnitude is recorded. This means that when graphene oxide is used in polymers in this range of resistivity, a very sensitive response of the resistivity to be set to only minor variations in concentration is expected.

I. Jung, „Tunable Electrical Conductivity of Individual Graphene Oxide Sheets Reduced at „Low“ Temperatures“, American Chemical Society, veröffentlicht im Internet am 01.11.2008 , beschreibt weiterhin die Möglichkeit, dass Graphenoxid unter bestimmten Bedingungen zu Graphen reduziert werden kann. Durch diese Maßnahme lässt sich auch der spezifische Widerstand der erhaltenen Strukturen beeinflussen. I. Jung, "Tunable Electrical Conductivity of Individual Graphene Oxides Sheets Reduced at" Low "Temperatures", American Chemical Society, published on the Internet on 01.11.2008 , further describes the possibility that graphene oxide can be reduced to graphene under certain conditions. This measure can also influence the specific resistance of the structures obtained.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Nanokomposit der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass sich dieses vergleichsweise gut zum Einsatz als feldgradierendes Material eignet. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Verwendung und ein Herstellungsverfahren für ein solches Material anzugeben. The object of the invention is to improve a nanocomposite of the type specified at the outset such that it is comparatively well suited for use as a field-grading material. Furthermore, the object of the invention is to provide a use and a manufacturing method for such a material.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Nanokomposit erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Nanopartikel Teilbereiche aus Graphenoxid und Teilbereiche aus Graphen aufweisen. Die so entstehenden Sturukturen sollen im Folgenden auch als Graphen(oxid) bezeichnet werden, was zu Ausdruch bringen soll, dass die Nanopartikel sowohl aus Graphen als auch aus Graphenoxid gebildet sind. Diese Maßnahme dient vorteilhaft dazu, dass der spezifische Widerstand des erfindungsgemäßen Nanokomposits durch Auswahl eines geeigneten Reduktionsgrades des Graphenoxids der spezifischen Widerstand des Nanokomposits gezielt beeinflusst werden kann. Wünschenswert ist beispielsweise die Einstellung eines spezifischen Widerstandes in der Größenordnung von 1012 Ωm, wobei dieser mit einem Befüllungsgrad an Nanopartikeln von weniger als 5 Vol-% bevorzugt weniger als 3 Vol-% erreicht werden soll. Die chemische Reduktion (im Folgenden kurz als Reduktion bezeichnet) des Graphenoxids kann wie durch I. Jung et al. beschrieben erfolgen. Eine solche Reduktion der Nanopartikel kann bevorzugt vor der Zugabe in den Nanokomoposit erfolgen. Durch Reduktion des Graphenoxids kann der spezifische Widerstand der Nanostrukturen auf einen geeignetern Wert abgesenkt werden. This object is achieved with the nanocomposite specified at the outset according to the invention in that the nanoparticles have subsections of graphene oxide and subregions of graphene. The resulting stuructures are also referred to below as graphene (oxide), which is intended to express that the nanoparticles are formed from both graphene and graphene oxide. This measure advantageously serves to selectively influence the specific resistance of the nanocomposite according to the invention by selecting a suitable degree of reduction of the graphene oxide, the specific resistance of the nanocomposite. For example, it is desirable to set a resistivity in the order of 10 12 Ωm, with this having a degree of filling of nanoparticles of less than 5 Vol%, preferably less than 3 vol% should be achieved. The chemical reduction (hereafter referred to as reduction) of the graphene oxide can be carried out as described by I. Jung et al. described described. Such a reduction of the nanoparticles can preferably take place before the addition into the nanocomposite. By reducing the graphene oxide, the resistivity of the nanostructures can be lowered to a suitable value.

Durch die teilweise Reduktion der Nanopartikel aus Graphenoxid entstehen vorteilhaft sozusagen zwei Freiheitsgrade zur Beeinflussung der Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Nanokomposits. Die eine Möglichkeit besteht darin, den Füllgrad an Nanopartikeln in dem Nanokomposit zu verändern. Dabei sinkt der spezifische Widerstand mit steigender Konzentration an Nanopartikeln in der Matrix des elektrisch isolierenden Isolierstoffes. Die zweite Möglichkeit liegt in der erfindungsgemäßen teilweisen Reduktion der Nanopartikel, wobei dies den spezifischen Widerstand der Nanopartikel vermindert, so dass diese bei gleicher Konzentration im Nanokomposit zu einer stärkeren Verringerung des spezifischen Widerstandes des Nanokomposits beitragen. Hierdurch können vorteilhaft beispielsweise geforderte maximale Füllgrade an Nanopartikeln im Nanokomposit eingehalten werden, damit dieses den mechanischen Anforderungen des Anwendungsfalls genügt. Außerdem kann die Modifikation (durch partielle Reduktion) der Nanopartikel gezielt dazu genutzt werden, dass sich der spezifische Widerstand des Nanokomposits bei einer steigenden Konzentration an Nanopartikeln in der Matrix des Isolierstoffes nicht sprunghaft, sondern über einen gewissen Konzentrationsbereich kontinuierlich verändert. Hierdurch ist vorteilhaft eine genauere Einstellung des spezifischen Widerstandes des Nanokomposits möglich, da vermieden wird, dass fertigungsbedingte, vergleichsweise geringe Schwankungen bei der Konzentration der Nanopartikel in der Matrix des Isolierstoffes zu großen Abweichungen von dem gewünschten spezifischen Widerstand des Nanokomposits führen. As a result of the partial reduction of the nanoparticles from graphene oxide, there are advantageously two degrees of freedom, as it were, for influencing the conductivity of the nanocomposite according to the invention. One possibility is to change the degree of filling of nanoparticles in the nanocomposite. The specific resistance decreases with increasing concentration of nanoparticles in the matrix of the electrically insulating insulating material. The second possibility lies in the partial reduction of the nanoparticles according to the invention, which reduces the specific resistance of the nanoparticles, so that they contribute to a greater reduction in the specific resistance of the nanocomposite at the same concentration in the nanocomposite. As a result, for example, the required maximum fill levels of nanoparticles in the nanocomposite can be maintained, for example, so that it satisfies the mechanical requirements of the application. In addition, the modification (by partial reduction) of the nanoparticles can be used purposefully to ensure that the resistivity of the nanocomposite does not abruptly change with an increasing concentration of nanoparticles in the matrix of the insulating material but continuously changes over a certain concentration range. As a result, a more precise adjustment of the specific resistance of the nanocomposite is advantageously possible since it is avoided that production-related, comparatively small fluctuations in the concentration of the nanoparticles in the matrix of the insulating material lead to large deviations from the desired specific resistance of the nanocomposite.

Als Nanopartikel sollen im Sinne der Erfindung Partikel verstanden werden, deren Ausdehnung zumindest in einer Raumdimension < 100 nm ist. Bei Graphen und Graphenoxid liegt die Dicke der Strukturen bei < 100 nm, während ihre Länge und Breite durchaus auch im Bereich von mehreren µm liegen kann. Allerdings ist das Erreichen einer Perkolationsschwelle bei möglichst kleinem Füllungsgrad lediglich das verhältnismäßig große Aspektverhältnis ausschlaggebend, d. h., dass eine Ausdehnung zumindest in einer Raumdimension von weniger als 100 nm ausreicht, um auch bei kleinen Füllungsgraden bereits eine Perkolation hervorzurufen. Die plättchenförmigen Nanopartikel des Graphen(oxids) (auch als Nanoflakes bezeichnet) sind daher sphärischen Nanopartikeln vorzuziehen. Within the meaning of the invention, particles are to be understood as nanoparticles whose extent is <100 nm at least in a spatial dimension. For graphene and graphene oxide, the thickness of the structures is <100 nm, while their length and width may well be in the range of several μm. However, the achievement of a percolation threshold with the smallest possible degree of filling only the relatively large aspect ratio is crucial, d. h., That an extent at least in a spatial dimension of less than 100 nm sufficient to cause even at low degrees of filling already a percolation. The platelet-shaped nanoparticles of the graphene (oxide) (also called nanoflakes) are therefore preferable to spherical nanoparticles.

Die zur Erhöhung der Leitfähigkeit notwendigen, vergleichsweise geringen Füllgrade an Nanopartikeln haben den großen Vorteil, dass der Nanokomposit seine mechanischen Eigenschaften weitgehend beibehält, da die Nanopartikel den Matrixwerkstoff wegen ihres geringen Gehaltes nur wenig stören. Im Vergleich zu der Verwendung von sphärischen Nanopartikeln wie ZnO oder SiC mit einem höheren Gehalt, wie sie gemäß der WO 2004/038735 A1 und US 2007/0199729 A1 vorgeschlagen werden, lässt sich daher ein wesentlich stabilerer Nanokomposit erzeugen. Dies ist beispielsweise dann von besonderem Vorteil, wenn der Nanokomposit im betreffenden Anwendungsfall einer mechanischen Beanspruchung unterworfen ist. Dies können beispielsweise die Schwingungen einer Maschine oder eines Transformators sein. Auch kann bei einer Verwendung in elektrischen Maschinen der Nanokomposit einer Zentrifugalkraft ausgesetzt sein. In diesen Anwendungen führt der erfindungsgemäße Nanokomposit vorteilhaft dazu, dass die aus dem Nanokomposit erzeugten Bauteile, wie z. B. Isolierungen, über eine längere Betriebsdauer hinweg ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen können. The comparatively low filling levels of nanoparticles necessary for increasing the conductivity have the great advantage that the nanocomposite largely retains its mechanical properties since the nanoparticles only slightly disturb the matrix material because of their low content. In comparison to the use of spherical nanoparticles such as ZnO or SiC with a higher content, as according to the WO 2004/038735 A1 and US 2007/0199729 A1 Therefore, a much more stable nanocomposite can be produced. This is of particular advantage, for example, when the nanocomposite is subjected to mechanical stress in the relevant application. This can be, for example, the vibrations of a machine or a transformer. Also, when used in electrical machines, the nanocomposite may be exposed to a centrifugal force. In these applications, the nanocomposite according to the invention advantageously leads to the components produced from the nanocomposite, such as. As insulation, over a longer period of operation can do their job reliable.

Durch die Verwendung von Graphen(oxid) lassen sich bei der Verwendung des erhaltenen Nanokomposits als feldgradierendes Material überdies folgende Vorteile erzielen. By using graphene (oxide), the following advantages can also be obtained when using the obtained nanocomposite as field-grading material.

Graphen(oxid) weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Damit kann der Nanokomposit neben seiner Eigenschaft als feldgradierendes Material gleichzeitig eine zuverlässige Wärmeabfuhr von elektrischen Leistungsbauteilen wie beispielsweise Transformatoren gewährleisten. Graphene (oxide) has a high thermal conductivity. Thus, the nanocomposite, in addition to its property as a field grading material at the same time ensure reliable heat dissipation of electrical power components such as transformers.

Das Einbringen von Graphen in diese Isolatormaterialien zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Nanokomposits ändert die Permittivität des Nanokomposits im Vergleich zum massiven Isolatormaterial nicht oder nur wenig, wodurch eine Fluktuation der Feldstärke im Inneren des Nanokomposits klein gehalten werden kann. Diese tritt, wie bereits erwähnt, bei einer Überbeanspruchung der zu isolierenden Baugruppe mit einer Wechselspannung auf und kann zu unerwünschten Teilentladungen führen, die letztendlich die Isolation zerstören. The incorporation of graphene in these insulator materials for producing the nanocomposite according to the invention does not change or only slightly changes the permittivity of the nanocomposite in comparison to the solid insulator material, whereby a fluctuation of the field strength in the interior of the nanocomposite can be kept small. This occurs, as already mentioned, in an overuse of the module to be isolated with an alternating voltage and can lead to unwanted partial discharges, which ultimately destroy the insulation.

Als Materialien für den elektrisch isolierenden Isolierstoff kommen als Polymer beispielsweise Thermoplaste in Betracht, wie z. B. Polyethylen, Polystyrol oder PVC. Als Polymere können auch Elastomere, Silikone und Harze (Naturharze und Kunstharze) ausgewählt werden. Wird als Isolierstoff ein Zellulosematerial mit Zellulosefasern ausgewählt, so ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses als Papier oder Pressspan hergestellt wird. Dieses Papier kann mit den Nanopartikeln imprägniert sein. Als Imprägnierung ist im weitesten Sinne eine Verbindung zwischen den Fasern des Zellulosematerials und den Nanopartikeln zu verstehen. Beispielsweise können die BNNT Nanopartikel an die Fasern des Zellulosematerials angelagert werden, was während der Papierherstellung erfolgen kann. Eine Imprägnierung kann aber auch derart erfolgen, dass die BNNT Nanopartikel bei der Papierherstellung zugegeben werden und nach dem Trockenprozess des Papiers in den durch die Fasern des Zellulosematerials gebildeten Zwischenräumen eingeschlossen werden. Suitable materials for the electrically insulating insulating material as a polymer, for example, thermoplastics into consideration, such as. As polyethylene, polystyrene or PVC. As polymers also elastomers, silicones and resins (natural resins and synthetic resins) can be selected. If a cellulosic material with cellulose fibers is selected as the insulating material, it is particularly advantageous if this is paper or pressboard is produced. This paper can be impregnated with the nanoparticles. In the broadest sense, impregnation means a connection between the fibers of the cellulosic material and the nanoparticles. For example, the BNNT nanoparticles may be attached to the fibers of the cellulosic material, which may occur during papermaking. However, impregnation can also take place in such a way that the BNNT nanoparticles are added during papermaking and after the drying process of the paper are enclosed in the spaces formed by the fibers of the cellulosic material.

Vorzugsweise ist der Isolierstoff ein Zellulosematerial enthaltendes Papier oder Holzprodukt. Das Zellulosematerial bildet den Rohstoff für das Papier. Als Papier soll im Zusammenhang mit dieser Erfindung im weitesten Sinne jedes Produkt aus dem Zellulosematerial verstanden werden. Insbesondere sind hiermit dünnere Papierbögen oder auch dickere Pappe oder Karton zu verstehen. Es können auch dreidimensionale Strukturen aus Pappmaché hergestellt werden, die dann als Papierprodukt zu verstehen sind. Preferably, the insulating material is a cellulosic paper or wood product. The cellulosic material is the raw material for the paper. As a paper in the context of this invention in the broadest sense, any product from the cellulosic material to be understood. In particular, this means thinner paper sheets or thicker cardboard or cardboard. It is also possible to produce three-dimensional structures made of paper mache, which are then to be understood as paper products.

Das Zellulosematerial kann auch als Holzprodukt verwendet werden. Unter einem Holzprodukt im Sinne der Erfindung ist eine Weiterverarbeitung des Rohstoffes Holz von miteinander verklebten Holzkomponenten zu verstehen. Insbesondere kann es sich dabei um Pressspan handeln, wobei dieser insbesondere als Blockspan ausgeführt ist. Außerdem können Laminate hergestellt werden, indem dünne Holzschichten miteinander verklebt werden (Sperrholz). Erfindungsgemäß können die Nanopartikel in den Kleber zum Fügen des Pressspans bzw. der Holzlage eingebracht werden. The cellulosic material can also be used as a wood product. In the context of the invention, a wood product is understood to mean a further processing of the raw material wood from wood components glued together. In particular, this may be pressboard, which is designed in particular as a chipboard. In addition, laminates can be produced by gluing thin layers of wood together (plywood). According to the invention, the nanoparticles can be introduced into the adhesive for joining the press chip or the wood layer.

Eine besonders vorteilhafte Verwendung des Nanokomposits besteht darin, dass dieses als Isolationsmaterial für einen Transformator verwendet wird. In Transformatoren müssen die stromführenden Teile, wie beispielsweise die Spulen, voneinander elektrisch isoliert werden. Dabei kommen beispielsweise bei Hochspannungstransformatoren Ölfüllungen zum Einsatz, in die zusätzlich Wände aus mit dem Öl getränktem Papier oder auch Pressspanplatten eingebracht werden. Die so entstehende Isolation muss sowohl beim Betrieb des Transformators durch Beaufschlagen mit einer Wechselspannung als auch beispielsweise bei Störungen des Betriebs mit einer Gleichspannung die elektrische Isolation gewährleisten. Wird als Isolationsmaterial der erfindungsgemäße Komposit eingesetzt, so können sowohl bei Beaufschlagung des Transformators mit einer Wechselspannung als auch mit einer Gleichspannung ausreichende elektrische Isolationseigenschaften sichergestellt werden. Dies wird dasurch sichergestellt, dass das Graphen(oxid) die Permittivitätszahl εComp im Vergleich zur Permittivitätszahl εp des unbehandelten Papiers kaum oder nicht verändert. Daher kann die Isolation des Transformators unter Anwendung des Nanokomposits in ähnlicher Weise ausgelegt werden, wie dies mit den unbehandelten Papieren möglich ist. Gleichzeitig lassen sich aber die Isolationseigenschaften der Kombination aus Öl und Papier im Falle der Beaufschlagung mit einer Gleichspannung verbessern. Hierbei sind die spezifischen Widerstände von Bedeutung, die bei Öl (ρ0) bei 1012 Ωm und bei unbehandeltem Papier (ρp) das Tausendfache betragen. Durch Einbringen der Nanopartikel aus Graphen(oxid) mit einer höheren spezifischen Leitfähigkeit von ρc (beeinflusst eventuell durch eine geeignete chemische Reduktion der Nanopartikel) lässt sich der spezifische Widerstand des erfindungsgemäßen Nanokomposits beispielsweise in Form eines imprägnierten Papiers (ρcomp) ebenfalls bei 1012 Ωm einstellen. Hierdurch wird die Spannungsbelastung bei einer Beaufschlagung mit einer Gleichspannung gleichmäßig auf das Öl und das Papier verteilt, wodurch Spannungsspitzen und daraus resultierende Durchschläge vermieden werden. A particularly advantageous use of the nanocomposite is that this is used as insulation material for a transformer. In transformers, the live parts, such as the coils, must be electrically isolated from each other. For example, in high-voltage transformers, oil fillings are used, into which walls of paper impregnated with the oil or pressboard are additionally introduced. The resulting insulation must ensure electrical insulation both when operating the transformer by applying an alternating voltage and, for example, when operating with a DC voltage. If the composite according to the invention is used as the insulating material, sufficient electrical insulation properties can be ensured both when the transformer is subjected to an alternating voltage and to a direct voltage. This is ensured by the fact that the graphene (oxide) hardly or not changes the permittivity number ε Comp compared to the permittivity number ε p of the untreated paper. Therefore, the insulation of the transformer using the nanocomposite can be designed in a similar manner as is possible with the untreated papers. At the same time, however, the insulating properties of the combination of oil and paper can be improved in the case of the application of a DC voltage. Here are the specific resistances of importance, which are at oil (ρ 0 ) at 10 12 Ωm and untreated paper (ρ p ) thousand times. By introducing the nanoparticles from graphene (oxide) with a higher specific conductivity of ρ c (possibly influenced by a suitable chemical reduction of the nanoparticles), the resistivity of the nanocomposite according to the invention, for example in the form of an impregnated paper (ρ comp ), can also be determined at 10 12 Set Ωm. As a result, the voltage stress is distributed evenly when applied with a DC voltage to the oil and the paper, whereby voltage peaks and resulting breakdowns are avoided.

Eine weitere Lösung der angegebenen Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erreicht. Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Nanopartikel aus Graphenoxid gebildet werden, wobei Teilbereiche des Graphenoxids zu Graphen reduziert werden. Hierdurch wird die oben bereits beschriebene Nanostruktur geschaffen, welche zur Einstellung des spezifischen Widerstands in den Nanokomposit gegeben werden kann. Zu diesem Zweck werden die Nanopartikel in den elektrischen Isolierstoff eingebracht. Die Vorzüge des so hergestellten Nanokomposits sind oben bereits eingehend erläutert worden. Another solution of the stated object is achieved by the method given at the outset. According to the invention, it is provided that the nanoparticles are formed from graphene oxide, wherein partial regions of the graphene oxide are reduced to graphene. As a result, the above-described nanostructure is created, which can be given to adjust the resistivity in the nanocomposite. For this purpose, the nanoparticles are introduced into the electrical insulating material. The advantages of the nanocomposite produced in this way have already been explained in detail above.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als elektrischer Isolierstoff ein Zellulosematerial aus Zellulosefasern hergestellt wird, wobei die Nanopartikel der Zellulose-Pulpe zugeführt und in dieser verteilt werden. Auf diesem Wege lässt sich vorteilhaft ein erfindungsgemäßer Nanokomposit herstellen, der in an sich bekannter Weise die Verfahren zur Papierherstellung nutzbar machen kann. Es lassen sich Papiere, dickere Pappen sowie Halbzeuge für Pressspan herstellen, wobei diese Materialien bevorzugt im Transformatorbau zum Einsatz kommen können. It is particularly advantageous if a cellulosic material made of cellulose fibers is produced as electrical insulating material, wherein the nanoparticles are supplied to the cellulose pulp and distributed in this. In this way, it is possible with advantage to produce a nanocomposite according to the invention which can make use of the methods for papermaking in a manner known per se. It is possible to produce papers, thicker boards and semi-finished products for pressboard, these materials preferably being used in transformer construction.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals in the individual figures and will only be explained several times to the extent that differences arise between the individual figures. Show it

1 und 2 schematisch Beispiele für Graphenoxid und teilweise reduziertes Gaphen(oxid), wobei letzteres in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nanokomposits Verwendung finden kann, als dreidimensionale Ansicht, 1 and 2 schematic examples of graphene oxide and partially reduced Gaphen (oxide), the latter can be used in one embodiment of the nanocomposite according to the invention, as a three-dimensional view,

3 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nanokomposits, bestehend aus Zellulosefasern und Graphen(oxid), in dreidimensionaler Ansicht und 3 schematically an embodiment of the nanocomposite according to the invention, consisting of cellulose fibers and graphene (oxide), in three-dimensional view and

4 schematisch ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Verwendung des Nanokomposits als Transformator-Isolation im Schnitt. 4 schematically an embodiment of the inventive use of the nanocomposite as transformer insulation in section.

Die 1 und 2 zeigen stark vereinfachte und ausschnitthafte Darstellungen von Graphenoxid sowie teilweise reduziertem Graphenoxid, also Graphen(oxid). In 1 ist eine Nanostruktur dargestellt, die die Eigenschaften von Graphenoxid 11 aufweist. Zu erkennen sind angelagerte Gruppen R, bei denen es sich um Carbonylgruppen und Carboxylgruppen handelt. Diese sind für ein Eigenschaftsprofil von Graphenoxid verantwortlich, wie es bei I. Jung (siehe vorstehend) beschrieben wird. Die Gruppen R können sich auf der Unterseite oder der Oberseite der flächig ausgebildeten Graphenstruktur befinden. Schematisch dargestellt ist aber auch, dass die Gruppen R in einer Fehlstelle 13 des Verbundes aus Kohlenstoffatomen liegen können. The 1 and 2 show highly simplified and fragmentary representations of graphene oxide and partially reduced graphene oxide, ie graphene (oxide). In 1 is a nanostructure that shows the properties of graphene oxide 11 having. Recognized are attached groups R, which are carbonyl groups and carboxyl groups. These are responsible for a property profile of graphene oxide, as described by I. Jung (see above). The groups R can be located on the underside or the top of the planar graphene structure. Schematically represented is also that the groups R in a defect 13 of the composite of carbon atoms.

In 2 ist dargestellt, dass ein Teil der Nanostruktur als Graphen 12 vorliegt. In diesem Teil lässt sich die Struktur des Graphens 12 auch genau erkennen. Es wird durch Kohlenstoffatome gebildet, die jeweils drei benachbarte Kohlenstoffatome aufweisen, wodurch sechseckige Ringe entstehen, die einem Wabenmuster gleichen. Die Struktur gemäß 2 mit Teilbereichen aus Graphenoxid 11 und Teilbereichen aus Graphen 12 wird hier als Graphen(oxid) 14 bezeichnet. In 2 is shown as part of the nanostructure as a graph 12 is present. In this part you can see the structure of graphene 12 also recognize exactly. It is formed by carbon atoms, each of which has three adjacent carbon atoms, creating hexagonal rings that resemble a honeycomb pattern. The structure according to 2 with subregions of graphene oxide 11 and subareas of graphene 12 is here called graphene (oxide) 14 designated.

Das Graphen(oxid) 14 gemäß 1 und 2 kann wie in 3 dargestellt zu einem Nanokomposit 15 verarbeitet werden. Dieser besteht aus Zellulosefasern 16a, 16b die als Papier hergestellt wurden. Das Papier ist mit dem Graphen(oxid) 14 imprägniert. Eine Imprägnierung mit dem Graphen(oxid) 14 läuft so ab, dass das Graphen(oxid) 14 auf der Zellulosefaser 16a angelagert wird. Die Perkolationsschwelle wird dadurch erreicht, dass auf der Oberfläche der Zellulosefaser 16a genügend Graphen(oxid)14 vorliegt, dass dieses ein Netzwerk auf der Oberfläche der Zellulosefaser 16a bildet. The graphene (oxide) 14 according to 1 and 2 can be like in 3 represented to a nanocomposite 15 are processed. This consists of cellulose fibers 16a . 16b which were made as paper. The paper is with the graph (oxide) 14 impregnated. An impregnation with the graphene (oxide) 14 runs so that the graphene (oxide) 14 on the cellulose fiber 16a is attached. The percolation threshold is achieved by having on the surface of the cellulose fiber 16a there is enough graphene (oxide) 14 to form a network on the surface of the cellulose fiber 16a forms.

Alternativ kann Graphen(oxid) 14 auch in den Zwischenräumen 17 zwischen verschiedenen Zellulosefasern 16a, 16b eingeschlossen werden. Hierbei entsteht in dem Zwischenräumen 16 ein dreidimensionales Netzwerk von Graphen(oxid) 14, wobei die Konzentration des Graphen(oxid) 14 genügend hoch sein muss, um die Perkolationsschwelle, also die Ausbildung eines geschlossenen Netzwerkes zu erreichen. Alternatively, graphene (oxide) 14 even in the interstices 17 between different cellulose fibers 16a . 16b be included. This arises in the interstices 16 a three-dimensional network of graphene (oxide) 14 , where the concentration of graphene (oxide) 14 must be high enough to reach the percolation threshold, ie the formation of a closed network.

Die beiden Mechanismen einer Imprägnierung des Papiers mit Graphen(oxid) 14 ist gemeinsam in 3 dargestellt. Diese Mechanismen können einzeln oder auch gemeinsam zur Anwendung kommen. The two mechanisms of impregnating the paper with graphene (oxide) 14 is common in 3 shown. These mechanisms can be used individually or jointly.

Eine elektrische Isolierung 18 gemäß 4 besteht aus mehreren Lagen aus Papier 19, zwischen denen Ölschichten 20 liegen. Auch die Papiere 19 sind mit Öl getränkt, was in 4 nicht näher dargestellt ist. Dafür ist in 4 innerhalb der Papiere die Imprägnierung mit Graphen(oxid)14 im Schitt zu erkennen. Die gemäß 4 dargestellte Isolierung umgibt beispielsweise in einem Transformator (nicht dargestellt) die dort zum Einsatz kommenden Wicklungen, die nach außen und zueinander elektrisch isoliert werden müssen. An electrical insulation 18 according to 4 consists of several layers of paper 19 between which are oil layers 20 lie. Also the papers 19 are soaked in oil, which is in 4 not shown in detail. This is in 4 Within the papers, the impregnation with graphene (oxide) 14 in the Schitt can be seen. The according to 4 insulation shown surrounds, for example, in a transformer (not shown) which there used windings, which must be electrically insulated to the outside and each other.

Die elektrische Isolation eines Transformators muss im Betriebsfall bei Anliegen einer Wechselspannung elektrische Durchbrüche verhindern. In diesem Fall ist das Isolationsverhalten der Isolierung von der Permittivität der Komponenten der Isolierung abhängig. Für Öl liegt die Permittivitätszahl εo ungefähr bei 2, für das Papier εp bei 4. Bei einer Beanspruchung der Isolation mit einer Wechselspannung ergibt sich daher für die Belastung der einzelnen Isolationskomponenten, dass die am Öl anliegende Spannung Uo ungefähr doppelt so hoch ist, wie die am Papier anliegende Spannung Up. Wird der erfindungsgemäße Nanokomposit verwendet, bei dem das Papier 19 in der in 4 dargestellten Weise mit Graphen(oxid) 14 imprägniert ist, so beeinflusset das Graphen(oxid) 14 die Spannungsverteilung in der erfindungsgemäßen Isolation nicht oder zumindestend nur unwesentlich, da die Permittivitätszahl εc ähnlich ausgeprägt ist und daher die Permittivität εcomp des imprägnierten Papiers auch bei ungefähr 4 liegt. Damit ist auch bei der erfindungsgemäßen Isolation die am Öl angreifende Spannung Uo ungefähr doppelt so groß wie die am Nanokomposit (Papier) anliegende Spannung Ucomp. The electrical insulation of a transformer must prevent electrical breakdowns in the event of an AC voltage being applied. In this case, the isolation behavior of the insulation depends on the permittivity of the components of the insulation. For oil, the permittivity ε o is approximately 2, for the paper ε p at 4. When the insulation is subjected to an alternating voltage, the load on the individual insulation components results in the voltage U o applied to the oil being approximately twice as high , like the voltage applied to the paper U p . If the nanocomposite according to the invention is used, in which the paper 19 in the in 4 shown way with graphene (oxide) 14 impregnated, so does the graphene (oxide) 14 the stress distribution in the insulation of the invention is not or at least only insignificant, since the permittivity ε c is similarly pronounced and therefore the permittivity ε comp of the impregnated paper is also about 4. Thus, even with the insulation according to the invention, the voltage U o applied to the oil is approximately twice as great as the voltage U comp applied to the nanocomposite (paper).

Treten Störfälle am Transformator auf, so kann auch die Durchschlagfestigkeit der Isolation bei Anliegen von Gleichspannungen von Bedeutung sein. Die Verteilung der anliegenden Spannung auf die einzelnen Isolationsbestandteile ist dann allerdings nicht mehr von der Permittivität abhängig, sondern vom spezifischen Widerstand der einzelnen Komponenten. Der spezifische Widerstand ρo von Öl liegt bei 1012 Ωm. Demgegenüber ist ρp von Papier um drei Größenordnungen höher und liegt bei 1015 Ωm. Dies bewirkt, dass bei Anliegen einer Gleichspannung die Spannung am Öl Uo das Tausendfache der Spannung am Papier Up beträgt. Diese Ungleichgewicht birgt die Gefahr, dass es bei einer Beaufschlagung der Isolation mit einer Gleichspannung zu Durchschlägen im Öl kommt und die elektrische Isolation versagt. If faults occur in the transformer, the dielectric strength of the insulation when DC voltages are present can also be significant. The distribution of the applied voltage to the individual insulation components is then no longer dependent on the permittivity, but on the resistivity of the individual components. The specific resistance ρ o of oil is 10 12 Ωm. In contrast, ρ p of paper is three orders of magnitude higher and is 10 15 Ωm. This causes the voltage at the oil U o is a thousand times the voltage on the paper U p when DC voltage is applied. This imbalance carries with it the danger that it is at a Applying the insulation with a DC voltage to breakdowns in the oil comes and the electrical insulation fails.

Das erfindungsgemäß in das Papier 19 eingebrachte Graphen(oxid) 14 wird durch eine gezielte teilweise Reduktion vor der Zugabe in den Komposit mit seinem spezifischen Widerstand so eingestellt, dass der spezifische Widerstand des Papiers ρp herabgesetzt wird. Hierdurch lässt sich für den erfindungsgemäßen Komposit ein spezifische Wiederstand ρcomp einstellen, der an den spezifischen Widerstand ρo angenähert ist und im Idealfall diesem ungefähr entspricht. Bei einem spezifischen Widerstand ρcomp von ungefähr 1012 Ωm liegt die am Öl anliegende Spannung Uo im Bereich der am Komposit anliegenden Spannung Ucomp, so dass sich ein ausgeglichenes Spannungsprofil in der Isolation einstellt. Hierdurch wird vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit der Isolation verbessert, da sich die Belastung des Öls spürbar verringert. The invention in the paper 19 introduced graphene (oxide) 14 is adjusted by a specific partial reduction before its addition into the composite with its resistivity so that the specific resistance of the paper ρ p is reduced. This makes it possible to set a specific resistance ρ comp for the composite according to the invention, which is approximated to the specific resistance ρ o and ideally corresponds approximately to this. With a specific resistance ρ comp of approximately 10 12 Ωm, the voltage U o applied to the oil is in the region of the voltage U comp applied to the composite, so that a balanced voltage profile is established in the insulation. This advantageously improves the dielectric strength of the insulation, since the load on the oil is appreciably reduced.

In 5 ist eine Fertigungsanlage für ein Cellulosematerial in Form einer Papierbahn 22 gezeigt, welche sich zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Diese Anlage weist einen ersten Behälter 23 für einer Dispersion 24 auf, wobei in der Dispersion Graphen(oxid) 14 (vgl. 2) enthalten ist. Außerdem werden aus einem Vorratsbehälter 25 Cellulosefasern 12 in die Dispersion 24 eingerieselt. Auf diese Weise wird in an sich bekannter Art und daher nicht näher dargestellt eine Pulpe mit der Dispersion 24 hergestellt, welche auf einem siebförmigen Laufband 26 abgeschieden wird. Dieses Laufband führt in einen zweiten Behälter 27, wo die Dispersion 24 abtropfen kann, wodurch aus den Cellulosefasern eine bereits teilweise entwässerte Matte entsteht. Die Dispersion wird über eine Pumpe 28 einer Wiederaufbereitungsanlage 29 zugeführt, wo die erforderliche Konzentration an Graphen(oxid) wieder eingestellt wird. Die aufbereitete Dispersion kann über einen Zufluss 30 dem ersten Behälter 23 zugeführt werden. In 5 is a production plant for a cellulose material in the form of a paper web 22 which is suitable for carrying out an embodiment of the method according to the invention. This system has a first container 23 for a dispersion 24 on, in the dispersion graphene (oxide) 14 (see. 2 ) is included. In addition, from a reservoir 25 cellulose fibers 12 in the dispersion 24 is trickled. In this way, in a manner known per se and therefore not shown in detail, a pulp with the dispersion 24 made on a sieve-shaped treadmill 26 is deposited. This treadmill leads into a second container 27 where the dispersion 24 can drain, resulting in the cellulosic fibers already partially dewatered mat. The dispersion is via a pump 28 a reprocessing plant 29 fed, where the required concentration of graphene (oxide) is readjusted. The treated dispersion can via an inflow 30 the first container 23 be supplied.

Aus dem gewonnenen Cellulosematerial wird im weiteren Verlauf des Verfahrens die Papierbahn 22 hergestellt. Zunächst erfolgt eine weitere Entwässerung über ein Walzenpaar 31, wobei auch die bei diesem Entwässerungsschritt frei werdende Dispersion in dem Behälter 27 aufgefangen wird. Anschließend passiert die Papierbahn 22 ein nächstes Walzenpaar 32, wobei durch die S-förmige Führung der Papierbahn um das Walzenpaar ein vergleichsweise großer Umschlingungswinkel erreicht wird. Das Walzenpaar wird nämlich über die angedeuteten Heizeinrichtungen 33a beheizt, so dass ein Wärmeübergang auf die Papierbahn möglich ist. Hierzu können auch zusätzliche Heizeinrichtungen 33b unterstützend zum Einsatz kommen. Bei dieser Behandlung erfolgt auch eine weitere Entwässerung. From the cellulose material obtained in the further course of the process, the paper web 22 produced. First, a further drainage via a pair of rollers 31 , wherein also in this dewatering step released dispersion in the container 27 is caught. Then the paper web happens 22 a next pair of rollers 32 , wherein a comparatively large wrap angle is achieved by the S-shaped guidance of the paper web around the pair of rollers. The pair of rollers is namely on the indicated heaters 33a heated, so that a heat transfer to the paper web is possible. This can also include additional heating 33b supportive use. This treatment also involves further drainage.

Danach kann über eine weitere Zuführvorrichtung 34 nochmals Dispersion auf die Papierbahn aufgebracht werden, wobei die inzwischen weitgehend entwässerte Papierbahn saugfähig genug ist, damit die Cellulosefasern mit der Dispersion getränkt werden können. Anschließend durchläuft die Papierbahn 22 ein weiteres Walzenpaar 35 und wird hierdurch wieder entwässert. Eine weitere Entwässerung wird über ein Walzenpaar 36 erreicht, wobei dieses in der zum Walzenpaar 32 beschriebenen Weise über Heizeinrichtungen 33a, 33b beheizbar ist. Thereafter, via a further feeding device 34 again dispersion are applied to the paper web, wherein the now largely dewatered paper web is absorbent enough so that the cellulose fibers can be impregnated with the dispersion. Subsequently, the paper web passes through 22 another pair of rollers 35 and is thereby drained again. Another drainage is via a pair of rollers 36 achieved, this in the pair of rollers 32 described manner via heaters 33a . 33b is heated.

Sobald die Papierbahn 22 das Walzenpaar 36 verlässt, ist die Papierbahn weitgehend entwässert. Allerdings enthält diese noch einen Restgehalt an Wasser und wird deswegen einer Trocknungseinrichtung 37 zugeführt und kann in dieser Trocknungseinrichtung nach Bedarf getrocknet werden. Once the paper web 22 the roller pair 36 leaves, the paper web is largely drained. However, this still contains a residual content of water and is therefore a drying device 37 supplied and can be dried in this drying device as needed.

Alternativ wird das imprägnierte Zellulosematerial nach der ersten Entwässerung durch die Walzen 31 ungetrocknet auf einer Formatwalze aufwickelt und kann so als mehrlagiger Nassstoff mit typischerweise > 80% Wasseranteil der Weiterverarbeitung zugeführt werden (hier nicht dargestellt). Dies beinhaltet z.B. das Heißpressen zur Herstellung von Pressboard oder Formteilen zur (teil-)manuellen Herstellung von Bauteilen einer Trafo-Isolation. In allen Fällen beeinflusst die Trocknung und Entwässerung den Anteil an Graphen(oxid) im Komposit und damit den spezifischen Widerstand. Alternatively, the impregnated cellulosic material becomes after the first dewatering by the rollers 31 undried on a format roller and can be supplied as a multi-layer wet material with typically> 80% water content of further processing (not shown here). This includes, for example, the hot pressing for the production of pressboard or molded parts for the (partial) manual production of components of a transformer insulation. In all cases, drying and dewatering affects the proportion of graphene (oxide) in the composite and thus the specific resistance.

Hierzu ist zu bemerken, dass der spezifische Widerstand ρ des hergestellten Zellulosematerials 22 nicht nur vom Gehalt an Graphen(oxid) sondern auch vom Restwassergehalt abhängig ist. Soll das Material beispielsweise als elektrische Isolation in einem Transformator verwendet werden, muss diese mit Öl getränkt werden und darf möglichst kein Wasser mehr enthalten. Dies ist durch die anschließende Trocknung in der Trockeneinrichtung 37 sicherzustellen. Die Trocknungseinrichtung 37 kann beispielsweise als Ofen ausgeführt sein. Typischerweise erfolgt eine abschliessende Trocknung nach dem Verbauen des Isolationsmaterials im Trafo. It should be noted that the specific resistance ρ of the produced cellulosic material 22 not only depends on the content of graphene (oxide) but also on the residual water content. If, for example, the material is to be used as electrical insulation in a transformer, it must be soaked with oil and, if possible, should no longer contain any water. This is due to the subsequent drying in the drying device 37 sure. The drying device 37 may for example be designed as an oven. Typically, a final drying takes place after the insulation material has been installed in the transformer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • I. Jung, „Tunable Electrical Conductivity of Individual Graphene Oxide Sheets Reduced at „Low“ Temperatures“, American Chemical Society, veröffentlicht im Internet am 01.11.2008 [0005] I. Jung, "Tunable Electrical Conductivity of Individual Graphene Oxide Sheets Reduced at" Low "Temperatures", American Chemical Society, published on the Internet on 01.11.2008 [0005]

Claims (9)

Nanokomposit mit elektrischen Felder gradierenden Nanopartikeln, die in einem elektrischen Isolierstoff verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (14) Teilbereiche aus Graphenoxid (11) und Teilbereiche (12) aus Graphen aufweisen. Nanocomposite with electric fields grading nanoparticles, which are distributed in an electrical insulating material, characterized in that the nanoparticles ( 14 ) Subregions of graphene oxide ( 11 ) and subareas ( 12 ) of graphene. Nanokomposit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (14) in einer Konzentration in dem Nanokomposit verteilt sind, dass dieser einen spezifischen Widerstand von 1012 Ωm aufweist. Nanocomposite according to claim 1, characterized in that the nanoparticles ( 14 ) are distributed in a concentration in the nanocomposite having a resistivity of 10 12 Ωm. Nanokomposit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (14) mit einer Konzentration von höchstens 3 Vol-%, bevorzugt höchstens 2 Vol-% in dem Isolierstoff (16a, 16b) verteilt sind. Nanocomposite according to one of the preceding claims, characterized in that the nanoparticles ( 14 ) with a concentration of at most 3% by volume, preferably at most 2% by volume, in the insulating material ( 16a . 16b ) are distributed. Nanokomposit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff ein Thermoplast, insbesondere Polyethylen, Polystyrol oder PVC, ein Elastomer, ein Silicon oder ein Harz ist. Nanocomposite according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating material is a thermoplastic, in particular polyethylene, polystyrene or PVC, an elastomer, a silicone or a resin. Nanokomposit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff (16a, 16b) ein Zellulosefasern enthaltendes Zellulosematerial ist, wobei dieses mit den Nanopartikeln (14) imprägniert ist. Nanocomposite according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating material ( 16a . 16b ) is a cellulosic fiber-containing cellulosic material, which is in contact with the nanoparticles ( 14 ) is impregnated. Nanokomposit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphenoxid hybridisiere Kohlenstoffatome aufweist, die Carboxylgruppen und Carbonylgruppen tragen. Nanocomposite according to one of the preceding claims, characterized in that the graphene oxide has hybridizing carbon atoms bearing carboxyl groups and carbonyl groups. Verwendung eines Nanokomposits mit elektrische Felder gradierenden Nanopartikeln, wobei – zur Einstellung der effektiven Leitfähigkeit die in dem Isolierstoff verteilten Nanopartikel (14) zum Teil aus Graphen (12) und zum Teil aus Graphenoxid (11) bestehen und – die Nanopartikel in einem elektrisch isolierenden Isolierstoff (16a, 16b) verteilt sind, als Isolationsmaterial für einen Transformator. Use of a nanocomposite with electric fields grading nanoparticles, wherein - to adjust the effective conductivity distributed in the insulating nanoparticles ( 14 ) partly from graphene ( 12 ) and partly from graphene oxide ( 11 ) and - the nanoparticles in an electrically insulating insulating material ( 16a . 16b ) are distributed as insulation material for a transformer. Verfahren zum Erzeugen eines Nanokomposits mit elektrische Felder gradierenden Nanopartikeln, die in einem elektrischen Isolierstoff verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass, – die Nanopartikel (14) aus Graphenoxid (11) gebildet werden, wobei Teilbereiche des Graphenoxids zu Graphen (12) reduziert werden und – die Nanopartikel in den elektrischen Isolierstoff eigebracht werden. Method for producing a nanocomposite with electric fields grading nanoparticles, which are distributed in an electrical insulating material, characterized in that, - the nanoparticles ( 14 ) from graphene oxide ( 11 ), wherein portions of the graphene oxide to graphene ( 12 ) and - the nanoparticles are added to the electrical insulating material. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – als elektrischer Isolierstoff (16a, 16b) ein Zellulosematerial aus Zellulosefasern hergestellt wird und – die Nanopartikel in einer Zellulose-Pulpe (12, 24) verteilt werden. A method according to claim 8, characterized in that - as electrical insulating material ( 16a . 16b ) a cellulosic material is produced from cellulose fibers and - the nanoparticles in a cellulose pulp ( 12 . 24 ).
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