[发明专利]定向石墨烯合金复合导线、制备方法及其制备装置

说明书

本发明属于微电子技术领域，涉及定向石墨烯合金复合导线、制备方法及其制备装置。该复合导线由内至外依次包括金属丝、高导电率石墨烯金属合金、二硫化钼环氧树脂；高导电率石墨烯金属合金以冶金结合的方式包覆金属芯，二硫化钼环氧树脂涂覆在高导电率石墨烯金属合金外层。高导电率石墨烯金属合金中的石墨烯纳米片、二硫化钼环氧树脂中的二硫化钼纳米片沿导线轴向定向排列。本发明在导线制备阶段向其中添加二维石墨烯，并在定向磁场作用下使其沿轴线方向定向排布，大幅提高其导电率；再涂覆二硫化钼环氧树脂外层，提高复合导线的耐磨性、绝缘性和阻燃性。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及高密集电子电路，具体涉及定向石墨烯合金复合导线、制备方法及其制备装置。

背景技术

电线也称电能传导线，用于将电能从电源传输至负载。电线一般都由芯线、绝缘包皮和保护外皮三个部分组成，绝缘包皮多为橡胶或塑料等高分子材料，如：橡胶、聚氯乙烯、乙丙橡胶等，其允许使用的温度范围为-20℃～120℃，当温度过高时，导线外侧的有机绝缘层会发生老化，进而导致绝缘性降低，甚至失效，由于普通导线的绝缘包皮机械强度较差，在施工过程中易发生磨损而将导电芯裸露在外面，当绝缘层由于机械原因破坏或者老化时，就会导致导线在电流传输过程中漏电、短路进而引起火灾。

电线着火区别于其它着火，当发生着火时，导电芯外的绝缘层会成为传递火种的介质，将火灾范围迅速扩大，造成巨大损失。

此外，但是随着我国经济的快速发展，电力需求逐年攀升，如何提高输电效率、降低线路损耗等问题对电力建设部门及研究工作者提出了挑战。输电线路损耗主要包括电阻损耗和电晕损耗两方面，在后者基本相同的情况下，输电线路损耗主要由前者决定，提高导电率是降低输电损耗的一种有效方法，因此高导电率铝导体材料应运而生，前人对提高导线的导电性能的方法一般通过优化合金元素配比、改善热处理工艺或复合变质等方法，这些方法只能小幅度提升其导电性，提升空间有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种定向石墨烯合金复合导线、制备方法及其制备装置，利用石墨烯、二硫化钼具有抗磁性，在定向磁场作用可实现定向排布的特性，同时结合石墨烯面内超高导热性能以及二硫化钼的绝缘性能和耐磨性，而制备出一种高导电、高强度的自绝缘复合导线。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种定向石墨烯合金复合导线，所述复合导线由内至外依次包括金属丝、高导电率石墨烯金属合金、二硫化钼环氧树脂；高导电率石墨烯金属合金以冶金结合的方式包覆金属芯，二硫化钼环氧树脂涂覆在高导电率石墨烯金属合金外层；

所述高导电率石墨烯金属合金中石墨烯纳米片沿导线轴向定向排列，石墨烯纳米片为非氧化石墨烯的层状堆积体，质量分数为1～5wt％；

所述二硫化钼环氧树脂中二硫化钼纳米片沿导线轴向定向排列，二硫化钼纳米片质量百分数为1～5wt％，层数为50～200层，二硫化钼纳米片厚度为20～80nm。

本发明提供一种上述定向石墨烯合金复合导线的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备二硫化钼纳米片分散液；

(2)按质量百分比将步骤(1)制得的二硫化钼纳米片分散液、固体环氧树脂基体、耦合剂加热混匀，脱除气泡，制得二硫化钼环氧树脂溶液；

(3)按质量百分比称取石墨烯、炭黑和金属，恒温真空熔炼，制得石墨烯合金熔体；

(4)将步骤(3)制得的熔炼混匀的石墨烯合金熔体经磁场调节，熔体内部石墨烯定向排布，磁场调节的过程中，将熔体冷却包覆金属丝，磁场方向与金属丝轴向平行；