石墨烯鋁銅合金電纜之導電性質_機理 (#8)

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2015-7-12

既然石墨烯銅基合金用在導電還要一點時間讓我去試試，我們還是要去解決目前鋁銅合金電纜的問題。鋁合金的導電率是最常用基準材料銅 IACS的 61.8%，載流量是銅的 79%，優於純鋁標準。但在同樣體積下，鋁合金的實際重量大約是銅的三分之一。因此，相同載流量時鋁合金電纜的重量大約是銅纜的一半。採用鋁合金電纜取代銅纜，可以減輕電纜重量，降低安裝成本，減少設備和電纜的磨損，使安裝工作更輕鬆。單從體積電導率方面考慮，鋁合金不及銅，但導體不僅從材料性能方面作出了改進，而且在工藝方面也取得大的突破，一般採用超常規的緊壓技術，使緊壓係數達到 0.93。通過最大極限的緊壓，可以彌補鋁合金在體積導電率上的不足，使絞合導體線芯如實心導體一般，明顯的降低線芯外徑，提高導電性能，在同等載流量情況下導體外徑只比銅纜大 10%。除此之外，鋁合金改善了純鋁的抗拉強度，鋁合金電纜可支撐 4000米長度的自重，銅電纜只能支撐 2750米。這種優勢在大跨度的建築（如體育場館）配線時體現得尤為突出。

合金導體的截面積是銅 1.5倍時，合金導體和銅導體電氣性能一樣，實現了相同的載流量、電阻、和壓損。鋁合金的電阻率介於鋁與銅之間，略高於鋁，而低於銅，在相同截流量前提下，同等長度的鋁合金導體的重量僅為銅的一半。如果按銅的電導率是 100%計算，合金導體的電導率約為 61.2%，合金的比重為 2.7，銅的比重為 8.9，則 (8.9/2.7) × (0.612/1) = 2，即2單位重量的銅的電阻與 1單位質量的合金的電阻相同，因此，當合金導體的截面積是銅的 1.5倍時，其電氣性能相同，即實現了和銅相同的截流量，電阻和電壓損失。

如果銅電纜的直徑在微米級的銅線就容易多了，CVD塗布在銅在線的導電率效果不錯，但電纜直徑較大，所以我們分兩階段進行，第一階段我們計算過以透明導電膜塗布在導體上作為抗氧化層可降低電阻值 0.3%，第二階段我想先把石墨烯與鋁先結合成穩定碳化物後，再來與銅結合，畢竟鋁銅合金的技術本來就很成熟了。這點還只是突發奇想，還要與冶金學學者討教討教呢。