复合导线及其形成方法与其形成装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种复合导线、其形成方法、与其形成装置。复合导线的形成装置，包括：气导管；碳氢气体源，连接至气导管前段以提供碳氢气体通过气导管；微波源，提供微波经导波管通过气导管中段，使气导管中段的碳氢气体形成微波等离子体火炬；线材导引装置，使金属线材通过气导管中段，其中微波等离子体火炬使碳氢气体裂解，形成石墨烯膜包覆金属线材的表面。

Composite wire and its forming method and forming device

The invention discloses a composite wire, a forming method and a device thereof. Composite wire forming device, including: gas duct; hydrocarbon gas source connected to the air duct to provide some hydrocarbon gas through the gas conduit; microwave source, microwave guided wave tube through the air duct through the middle of the middle of the formation of hydrocarbon gas gas conduit of microwave plasma torch; wire guiding device, metal wire through a gas duct the middle of the microwave plasma torch to hydrocarbon cracking, formed on the surface of graphene film coated metal wire.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合导线，特别是涉及其形成方法与对应装置。
技术介绍
铜线在过去两个世纪以来，扮演着连接世界，并接光与热带到每个角落的角色。从通讯、能源、电机以致于集成电路，铜线以其相对低廉的成本与优异的导电性质主宰了所有电子电机相关产业。然而，铜线本身的特性在这长达两个世纪的运用中发展却是相当有限，其主因当然是因为铜为一种纯元素，而高纯度铜线的制作工艺早已成熟。近数十年来，导线与缆线的主要进步都是在绝缘材料上；譬如漆包线的漆能否耐更高压或更高温，以及缆线的绝缘材料耐压与耐腐蚀度等。为提升铜线的导电度并尽可能的压低成本，当前的解决方案就是镀银铜线。银的导电度是所有传统材料里最好的，通过镀银线可让铜线的导电度提升，且这样的提升因趋肤效应的关系，会随着频率增加而增加。既使这样一来比使用纯银线来得便宜，由于银本身的高单价，仍然使得长期成本较高，也因此限缩了镀银线的应用领域。石墨烯为单原子层的石墨，电子在单层导电材料上传输时，可避免诸多干扰使得其电阻率甚至可低于铜。虽然实务上石墨烯的电阻率因缺陷与温度干扰等效应而电阻率仍偏高，但实验已证实在高频域中，因其中电子所具有的迁移率远高于铜中电子，因此具有较低的高频电阻。由于石墨烯可以很便利的在铜上以化学气相沉积的方式成长，镀制石墨烯铜线的概念因应而生。然而，石墨烯的镀制一般而言需要高达1000℃的制作工艺温度，且制作工艺时间可落在数分钟至数小时不等。这样长时间的高温制作工艺对铜线会造成严重的退火效应，使得铜线的抗拉伸强度大幅下降(降幅可达60％)；且铜线镀制石墨烯后将无法如同镀银线一般可再进行抽拉以重新强化其强度。综上所述，目前亟需新的制作工艺以降低石墨烯膜形成于铜导线的温度或时间。
技术实现思路
本专利技术一实施例提供的复合导线的形成装置，包括：气导管；碳氢气体源，连接至气导管前段以提供碳氢气体通过气导管；微波源，提供微波经导波管通过气导管中段，使气导管中段的碳氢气体形成微波等离子体火炬；线材导引装置，使金属线材通过气导管中段，其中微波等离子体火炬使碳氢气体裂解，形成石墨烯膜包覆金属线材的表面。本专利技术一实施例提供的复合导线的形成方法，包括：提供微波与碳氢气体以形成微波等离子体火炬；连续性地提供金属线材穿过微波等离子体火炬，其中微波等离子体火炬裂解碳氢气体以形成石墨烯膜包覆金属线材的表面。本专利技术一实施例提供的复合导线，包括：金属线材；石墨烯膜，包覆金属线材表面，其中复合导线的拉伸强度与原始金属线材的拉伸强度比例介于80:100至95:100之间。附图说明图1为本专利技术一实施例中，复合导线的形成装置的示意图；图2为本专利技术一实施例中，复合导线中形成于金属线材上的石墨烯膜的拉曼光谱图。符号说明10 复合导线的形成装置11 微波源11A 微波发射机模块11B 导波组件21 气导管23 碳氢气体源41 金属线材43 复合导线101 矩形等离子体耦合导波管102 阻抗匹配器103 方向耦合器104 循环隔离器301 喂线器303 收线器具体实施方式如图1所示，其是本专利技术一实施例提供的复合导线的形成装置10。其主要分为微波源11、气导管21、与线材导引装置。微波源11包含微波发射机模块11A与导波组件11B。导波组件11B包含但不限于相连的矩形等离子体耦合导波管101、阻抗匹配器102、方向耦合器103、与循环隔离器104。导波组件11B的一末端的矩形等离子体耦合导波管101连接至气导管21的中段，而另一末端的循环隔离器104连接至微波发射机模块11A。微波发射机模块11A所发射的微波频段可以为2.45GHz、或915MHz、或5.8GHz，以点燃并维系微波等离子体火炬。在本专利技术一实施例中，微波频段选用2.45GHz具有最高的成本效益比。上述微波发射机11A发射的微波功率可介于100瓦至1500瓦之间。微波功率过高则等离子体温度上升，使得铜线强度大幅下降。微波功率过低则无法有效率的裂解碳氢气体以合成石墨烯。在本专利技术一实施例中，微波发射机11A发射的微波功率介于200瓦至800瓦之间。碳氢气体源23连接至气导管21的一端，以提供碳氢气体穿过气导管21。在本专利技术一实施例中，碳氢气体包括但不限于甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丙烷、乙醇、甲苯、或上述的组合，或本
中具有通常知识者已知可用以气相合成的碳氢化合物。上述微波源提供的微波与碳氢气体交会处将产生微波等离子体火炬，使碳氢气体裂解并形成石墨烯。上述微波等离子体火炬的温度介于500℃至1200℃之间。若微波等离子体火炬的温度过高，则铜线强度大幅下降而不堪使用；若微波等离子体火炬的温度过低，则合成的石墨烯质量不佳而无应用价值。上述气导管21中的气体压力介于0.005Torr至10Torr之间。若气导管21中的气体压力过高，则等离子体温度也过高而熔断铜线；若气导管21中的气体压力过低，则等离子体密度过低而产率不佳。针对常见尺寸的铜线，气导管21中的气体压力可控制在0.05Torr至0.5Torr之间。在本专利技术一实施例中，碳氢气体源23可同时提供碳氢气体与惰性气体，惰性气体包含但不限于氩气、氮气、或氦气，或其他已知不与碳过度反应的惰性气体，以调整碳氢气体浓度以提升石墨烯成膜质量。举例来说，碳
氢气体源23提供的惰性气体与碳氢气体的流量比例可介于0.05:1至50:1之间。上述气导管21的材质为非金属如石英或其他可承受高温的陶瓷如氧化铝或氧化锆。上述气导管21的方向与微波的电场偏振方向平行。在本专利技术一实施例中，气导管21的管径介于20mm至35mm之间，或矩形等离子体耦合导波管101的直径的20％至40％之间。若气导管21的管径过大，则等离子体能量无法集中，造成石墨烯镀制不均且质量下降；若气导管21的管径过小，则微波能量利用率降低。在本专利技术一实施例中，气导管21的中心与矩形等离子体耦合导波管101的末端相距半个微波波长，以达到诱发等离子体最佳效果。如图1所示，线材导引装置具有喂线轴301与收线轴303，分别位于气导管21的两端以连续性地提供金属线材41穿过气导管21的中段。在本专利技术一实施例中，上述金属线材41的送线速度约为0.3m/min至10m/min之间，此速度取决于镀制速率。线张力依导线尺寸而有不同的控制范围，可控制在导线常温拉伸强度的约1/10以下。以0.5mm线径的铜线来说，线张力约在0.5N至5N之间。若线张力过大，则于高温等离子体下易断裂；若线张力过小，则线材弯曲而造成镀制不均。由于金属线材41通过气导管21的中段，前述微波等离子体火炬裂解碳氢气体所形成的石墨烯将沉积于金属线材41的表面上(即包覆金属线材41的表面)，至此形成复合导线43。在本专利技术一实施例中，金属线材41可为铜、铝、银、金、或上述的组合。在本专利技术一实施例中，金属线材41的直径介于0.02mm至0.55mm之间。若金属线材过粗，则镀制后所提供的效果过低；若金属线材过细，则线材本身过于脆弱而难以处理。在本专利技术一实施例中，复合导线43的石墨烯层厚度介于0.005微米至1微米之间。若石墨烯层厚度过厚，则电阻过高而无益；若石墨烯层厚度过薄，则阻氧能力降低而无法发挥镀制效果。在本专利技术一实施例的复合导线43本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合导线的形成装置，包括：气导管；碳氢气体源，连接至该气导管前段以提供一碳氢气体通过该气导管；微波源，提供一微波经一导波管通过该气导管中段，使该气导管中段的碳氢气体形成一微波等离子体火炬；线材导引装置，使一金属线材通过该气导管中段，其中该微波等离子体火炬使该碳氢气体裂解，形成一石墨烯膜包覆该金属线材的表面。

【技术特征摘要】
2015.04.21 TW 1041126401.一种复合导线的形成装置，包括：气导管；碳氢气体源，连接至该气导管前段以提供一碳氢气体通过该气导管；微波源，提供一微波经一导波管通过该气导管中段，使该气导管中段的碳氢气体形成一微波等离子体火炬；线材导引装置，使一金属线材通过该气导管中段，其中该微波等离子体火炬使该碳氢气体裂解，形成一石墨烯膜包覆该金属线材的表面。2.如权利要求1所述的复合导线的形成装置，其中该碳氢气体源提供的碳氢气体包括甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丙烷、乙醇、甲苯、或上述的组合。3.如权利要求1所述的复合导线的形成装置，其中该碳氢气体源同时提供该碳氢气体与一惰性气体，以调整该碳氢气体的浓度。4.如权利要求1所述的复合导线的形成装置，其中该线材导引装置与该气导管相通。5.一种复合导线的形成方法，包括：提供一微波与一碳氢气体以形成一微波等离子体火炬；连续性地提供一金属线材穿过该微波等...

【专利技术属性】
技术研发人员：林育霆，黄昆平，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71