專利名稱：非金屬電纜、制作方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨烯作為導電材料的非金屬電纜及其制作方法。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯一直被認為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在，直至2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈 海姆和康斯坦丁 諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”為由，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收 2. 3%的光〃；導熱系數(shù)高達5300 W/m*K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率*超過15000 cm2/V s,又比納米碳管或娃晶體*高,而電阻率只約10_6 Q cm,比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質(zhì)上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。
石墨烯的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，碳碳鍵(carbon-carbon bond)僅為I. 42Å。石墨烯內(nèi)部的碳原子之間的連接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會彎曲變形，使得碳原子不必重新排列來適應外力，從而保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使石墨烯具有優(yōu)秀的導熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而發(fā)生散射。由于原子間作用力十分強，在常溫下，即使周圍碳原子發(fā)生擠撞，石墨烯內(nèi)部電子受到的干擾也非常小。石墨烯是構(gòu)成下列碳同素異形體的基本單元石墨，木炭，碳納米管和富勒烯。完美的石墨烯是二維的，它只包括六邊形(等角六邊形)；如果有五邊形和七邊形存在，則會構(gòu)成石墨烯的缺陷。12個五角形石墨烯會共同形成富勒烯。
石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮。它是已知材料中最薄的一種，質(zhì)料非常牢固堅硬，在室溫狀況，傳遞電子的速度比已知導體都快。石墨烯的原子尺寸結(jié)構(gòu)非常特殊，必須用量子場論才能描繪。石墨烯是一種二維晶體，最大的特性是其中電子的運動速度達到了光速的 1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。這使得石墨烯中的電子，或更準確地，應稱為“載荷子”(electric charge carrier),的性質(zhì)和相對論性的中微子非常相似。人們常見的石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很容易互相剝離，形成薄薄的石墨片。當把石墨片剝成單層之后，這種只有一個碳原子厚度的單層就是石墨烯。發(fā)展簡史。第一石墨烯是迄今為止世界上強度最大的材料， 據(jù)測算如果用石墨烯制成厚度相當于普通食品塑料包裝袋厚度的薄膜(厚度約100納米)， 那么它將能承受大約兩噸重物品的壓力，而不至于斷裂；第二石墨烯是世界上導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。石墨烯的應用范圍廣闊。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應用潛力。石墨烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性劑，在新能源領(lǐng)域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導性、高比表面積，可適用于作為電極材料助劑石墨烯出現(xiàn)在實驗室中是在2004 年，當時，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈 杰姆和克斯特亞 諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作， 于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后， 制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時不遠了。因此，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學獎。石墨烯的出現(xiàn)在科學界激起了巨大的波瀾，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導體和導體，例如硅和銅遠沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導體和導體用熱的形式釋放了一些能量，目前一般的電腦芯片以這種方式浪費了 70%-80%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非同尋常的優(yōu)良特性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新型非金屬電纜，電纜側(cè)制造方法和石墨烯的新用途。本發(fā)明創(chuàng)造的目的是這樣實現(xiàn)的
非金屬電纜，其組成包括石墨烯，所述的石墨烯的粉作為導電芯材，外側(cè)包裹絕緣保護層構(gòu)成非金屬電纜。所述的非金屬電纜，所述的絕緣保護層帶有抗拉筋，所述的抗拉筋是電纜外側(cè)凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保護層內(nèi)帶有纖維線。所述的非金屬電纜，所述的非金屬保護層為0. 3至3毫米的橡膠保護層，或大0. 3 至3毫米的合成塑料保護層
一種非金屬電纜的制作方法，將石墨烯粉碎，石墨烯粉先經(jīng)分散篩分設(shè)備分散成粗度均勻的粉，再經(jīng)包裝機壓緊后定容熱熔包裝，包裝后在外側(cè)熱熔固定非金屬保護層。一種石墨烯作為非金屬電纜的用途。有益效果
I.本產(chǎn)品石墨烯材料優(yōu)秀的導電性能已經(jīng)得到科學的測試，其導電性能在金和銅之間。本產(chǎn)品應用石墨烯粉末作為電纜導電材料，研制出的一種低電阻，導電性能好，熱值低的新型非金屬電纜。本產(chǎn)品石墨烯電纜，采用石墨烯材料作為導電芯材，由于非金屬材料石墨烯密度較低，新型非金屬電纜的重量是原有銅質(zhì)芯材電纜的1/3。本產(chǎn)品石墨烯電纜，采用石墨烯粉末作為導電芯材，由于作為電纜導電芯材的石墨烯材料是其他工程廢用的石墨烯材料粉碎成末制成的，因而在保證導電性能與銅質(zhì)芯材電纜相當?shù)那闆r下，經(jīng)濟型客觀，它的價格約是原有電纜的1/4。本產(chǎn)品石墨烯電纜易于安裝，便于接線，方便應用與各種使用已有銅合金芯材電纜的環(huán)境。本產(chǎn)品保護層外側(cè)帶有加強筋，能夠增加本產(chǎn)品非金屬電纜的抗彎折能力，是本產(chǎn)品非金屬電纜的其他物理性質(zhì)也基本達到原有銅質(zhì)芯材電纜的工作水平。
附圖I是本產(chǎn)品的截面圖。
具體實施例方式
實施例I :
一種非金屬電纜，其組成包括石墨烯，將所述的石墨烯的粉末I作為導電材料，外側(cè)包裹絕緣保護層2構(gòu)成非金屬電纜。所述的非金屬保護層大約0. 3至3毫米的橡膠保護層，或大約0. 3至3毫米的合成塑料保護層。本產(chǎn)品可以采用膨脹石墨烯，均呈蓬松絨球狀，這些絨球由大量透明的超薄石墨烯片層組成，在溶劑中稍微超聲即可得到孤立的石墨烯片層。高膨脹溫度下所得石墨烯片層厚度為I. 57nm，而低溫樣品約I. 33nm，相應比表面積分別為700和750 m2/g，其中大部分石墨烯為單層或少數(shù)幾層。微泡孔的存在不僅能夠通過體積排斥效應降低電導率的逾滲閾值提高材料導電性，而且可以對脆性復合材料起到增韌的作用，克可以服片狀納米填料帶來的脆性問題。直接采用單片的石墨烯是最好的選擇。實施例2
非金屬電纜的制作方法，將石墨烯粉碎成單片或者數(shù)量只有幾片后，在外層包裹絕緣保護層2，制成電纜。石墨烯的片或者粉末可以實施例I的方式先經(jīng)分散設(shè)備分散篩分成粗度均勻的片或肉眼觀察的粉狀物料，再經(jīng)包裝機壓緊后定容熱熔包裝，包裝后在外側(cè)熱熔固定非金屬保護層。實施例3:
非金屬電纜，所述的絕緣保護層2帶有抗拉筋3。所述的抗拉筋是電纜外側(cè)凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保護層內(nèi)帶有纖維線。所述的絕緣保護層帶有抗拉筋，所述的抗拉筋是電纜外側(cè)凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保護層內(nèi)帶有纖維線。實施例4
如上所述，將石墨烯作為非金屬電纜的新用途。
權(quán)利要求
1.一種非金屬電纜，其組成包括石墨烯，其特征是所述的石墨烯的粉作為導電芯材，外側(cè)包裹絕緣保護層構(gòu)成非金屬電纜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非金屬電纜，其特征是所述的絕緣保護層帶有抗拉筋，所述的抗拉筋是電纜外側(cè)凸起的梯形抗拉筋，或三角形抗拉筋，或倒三角形抗拉筋，或保護層內(nèi)帶有纖維線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的非金屬電纜，其特征是所述的非金屬保護層為O.3至3 毫米的橡膠保護層，或大O. 3至3毫米的合成塑料保護層
4.一種非金屬電纜的制作方法，其特征是將石墨烯粉碎，石墨烯粉先經(jīng)分散篩分設(shè)備分散成粗度均勻的粉，再經(jīng)包裝機壓緊后定容熱熔包裝，包裝后在外側(cè)熱熔固定非金屬保護層。
5.一種石墨烯作為非金屬電纜的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非金屬電纜、制作方法及用途。根據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應用于各領(lǐng)域，比如超輕防彈衣，超薄超輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導電性，使它在微電子領(lǐng)域也具有巨大的應用潛力。非金屬電纜，其組成包括石墨烯粉1，所述的石墨烯粉作為導電芯材，外側(cè)包裹絕緣保護層2構(gòu)成非金屬電纜。本產(chǎn)品適合低成本的長、短距離電力傳輸。
文檔編號H01B13/00GK102592720SQ20121006625
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者于慶文 申請人:于慶文