CN108530075A - 一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，包括以下步骤，S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，在催化剂存在下，通过缩合反应生成前躯物‑辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度40‑60℃，其中氧化石墨烯的浓度为2‑5mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4‑3：1‑1，S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在150‑180℃温度下反应12‑10h。本发明采用超声波将石墨原材料进行分散，并加入钛粉进行分散、研磨和烧结，以获得一种超轻、高强的新型复合材料，且具有优良的导电，可用于制作电缆线，解决了目前的电缆线质量较重，在施工时难度较大，且强度不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及超轻高强石墨烯电缆线及其制作方法技术领域，具体为一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335纳米，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10纳米到25纳米，是除金刚石以外所有碳晶体的基本结构单元。
很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体本身热力学性质不稳定，在室温环境下会迅速分解或者蜷曲，所以其不能单独存在。用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，对于石墨烯的研究才开始活跃起来，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍，另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体分子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板，作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将彻底改变21世纪。
如今的高分辨率视频显示要求高性能的电缆具备低信号时延和低回损的特性，通常，这些系统在电缆互连时使用的是集束同轴电缆，但是由于非屏蔽双绞线相对于同轴电缆的经济性，系统设计人员转而采用非屏蔽双绞线传输设备用于RGB分量视频信号的传输，同时，用户在局域网布线中也可采用同一种非屏蔽双绞线从而不必使用两种独立的电缆。电缆线对信息的传输起到了至关重要的作用，但是目前使用的电缆线，质量较重，施工布线较为困难，且强度不高，所以亟待研究出一种超轻高强的电缆线。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，以解决了上述背景技术提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，包括以下步骤：
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，在催化剂存在下，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度40-60℃，其中氧化石墨烯的浓度为2-5mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4-3：1-1。
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 150-180℃温度下反应12-10h。
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗。
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散。
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在110-130℃的真空干燥箱内干燥8-10小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
优选的，所述在S1中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。
优选的，所述在S1中，催化剂为三乙胺。
优选的，所述在S3中，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
优选的，所述在S4或S5中，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为2～5m/s。
优选的，所述在S4中，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠。
优选的，所述在S7中，研磨球与混合粉末的体积比为3-4：1-1。
优选的，所述在S7中，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
优选的，所述在S10中，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加 1-1.5吨的压力，升温至700-800℃后恒温烧结。
与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：
本发明提供了一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，具备以下有益效果：采用超声波将石墨原材料进行分散，并加入钛粉进行分散、研磨和烧结，以获得一种超轻、高强的新型复合材料，且具有优良的导电，可用于制作电缆线，解决了目前的电缆线质量较重，在施工时难度较大，且强度不足的问题。
具体实施方式
本发明提供一种技术方案：一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，包括以下步骤：
实施例一
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，在催化剂作用下，催化剂为三乙胺，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度40℃，其中氧化石墨烯的浓度为2mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4：1；
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 150℃温度下反应12h；
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟；
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为 2m/s；
S5、称取钛粉，将钛粉加入带石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为2m/s。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨，研磨球与混合粉末的体积比为3：1，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在110℃的真空干燥箱内干燥8小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1吨的压力，升温至700℃后恒温烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
实施例二
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，在催化剂存在下，催化剂为三乙胺，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度50℃，其中氧化石墨烯的浓度为3mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4：1。
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 160℃温度下反应12h。
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为 3m/s。
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为3m/s。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨，研磨球与混合粉末的体积比为3：1，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在130℃的真空干燥箱内干燥8小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1吨的压力，升温至800℃后恒温烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
实施例三
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，在催化剂存在下，催化剂为三乙胺，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度60℃，其中氧化石墨烯的浓度为4mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为3：1。
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 170℃温度下反应10h。
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为 4m/s。
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为4m/s。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨，研磨球与混合粉末的体积比为4：1，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在130℃的真空干燥箱内干燥8小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1.5吨的压力，升温至800℃后恒温烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
实施例四
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，在催化剂存在下，催化剂为三乙胺，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度40℃，其中氧化石墨烯的浓度为5mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4：1。
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 180℃温度下反应12h。
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为 5m/s。
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为5m/s。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨，研磨球与混合粉末的体积比为3：1，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在130℃的真空干燥箱内干燥10小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1.5吨的压力，升温至700℃后恒温烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
实施例五
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，在催化剂存在下，催化剂为三乙胺，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度60℃，其中氧化石墨烯的浓度为4mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为3：1。
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在 160℃温度下反应11h。
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为 4m/s。
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为4m/s。
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末。
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨，研磨球与混合粉末的体积比为4：1，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球。
S9、将得到的粉末在120℃的真空干燥箱内干燥9小时。
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1.3吨的压力，升温至750℃后恒温烧结。
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、将原料氧化石墨烯与辛基三乙氧基硅烷溶解在有机溶剂中，在催化剂存在下，通过缩合反应生成前躯物-辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯，反应温度40-60℃，其中氧化石墨烯的浓度为2-5mg/ml，辛基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯的质量比为4-3：1-1；
S2、将辛基三乙氧基硅烷修饰的氧化石墨烯超声分散在油酸溶剂中，在150-180℃温度下反应12-10h；
S3、将反应完成后的石墨烯过滤出来，并使用蒸馏水进行冲淋清洗；
S4、将石墨烯的加入无水乙醇中，在分散剂的条件下进行超声分散；
S5、称取钛粉，将钛粉加入石墨烯的和分散剂超声分散后的溶液中，再次进行超声分散；
S6、对混合浆料进行过滤，除去分散剂，得到石墨烯和钛粉的混合粉末；
S7、将得到的混合粉末导入球磨罐中，加入研磨球进行研磨；
S8、研磨完成后对混合粉末进行过滤，除去研磨球；
S9、将得到的粉末在110-130℃的真空干燥箱内干燥8-10小时；
S10、将干燥后的粉末导入石墨模具中进行热压烧结；
S11、热压烧结后，待烧结炉冷却至室温后，将得到的超轻高强石墨烯电缆线取出。
2.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S1中，有机溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S1中，催化剂为三乙胺。
4.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S3中，对石墨烯进行冲淋时流速为4立方米每分钟。
5.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S4或S5中，在对混合浆料进行超声分散时，使用涡轮式搅拌器对石墨烯所在的溶液进行不断的搅拌，且涡轮式搅拌器叶片圆周速度为2～5m/s。
6.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S4中，分散剂均为十二烷基苯磺酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S7中，研磨球与混合粉末的体积比为3-4：1-1。
8.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S7中，球磨罐中球磨机的转速为350r/min。
9.根据权利要求1所述的一种超轻高强石墨烯电缆线的制作方法，其特征在于：所述在S10中，石墨模具内部垫有石墨纸，并对石墨模具施加1-1.5吨的压力，升温至700-800℃后恒温烧结。
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|---|---|---|---|---|
| CN118324132A (zh) * | 2024-04-30 | 2024-07-12 | 东华工程科技股份有限公司 | 一种采用惰性石墨烯制备高分散性石墨烯浆料的方法 |
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2018
- 2018-04-02 CN CN201810280929.2A patent/CN108530075A/zh active Pending
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