電力復(fù)合脂的研究進(jìn)展及其應(yīng)用

何麗娟　陳宇　田付強(qiáng)　曾均吉　楊翔宇　葉戰(zhàn)爭

摘要：電力復(fù)合脂是一種新型的電工材料，在輸變電系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在電氣連接中涂抹電力復(fù)合脂能有效降低接觸電阻，對導(dǎo)電體起到抗氧化、防腐蝕和減摩抗磨作用，有效提高電力設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。研究人員通過對電力復(fù)合脂填料的調(diào)制和改性，從而達(dá)到提升電力復(fù)合脂的導(dǎo)電性和潤滑性的目的。文中介紹了電力復(fù)合脂的導(dǎo)電機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域。綜述了碳納米管型電力復(fù)合脂、鋰鹽型電力復(fù)合脂和石墨烯型電力復(fù)合脂在摩擦學(xué)性能和導(dǎo)電性能方面的研究現(xiàn)狀，展望了電力復(fù)合脂用在電力設(shè)備連接中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：電力復(fù)合脂;碳納米管;鋰鹽;石墨烯; 摩擦學(xué)性能; 導(dǎo)電性

DOI：10.15938/j.jhust.2022.02.017

中圖分類號： TB332;TH117

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2022）02-0133-09

Research Progress and Application of Conductive Grease

HE Li-juan CHEN Yu TIAN Fu-qiang ZENG Jun-ji YANG Xiang-yu YE Zhan-zheng

（1.School of Sciences， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080， China;

2.Hegang Zhenjin Graphene New Materials Research Institute， Hegang 154100， China）

Abstract：Conductive grease is a new type of electrical material， which plays a vital role in power transmission and transformation systems. Applying conductive grease in the electrical connection can effectively reduce the contact resistance， and play an anti-oxidation， anti-corrosion， anti-friction and anti-wear effect on the conductor， and effectively improve the stability and reliability of the electrical equipment. Researchers achieve the purpose of improving the conductivity and lubricity of the conductive grease by modulating and modifying the conductive grease filler. The paper introduces the conductive mechanism and application fields of conductive grease. The research status of tribological properties and electrical conductivity of carbon nanotube type conductive grease， lithium salt type conductive grease and graphene type conductive grease are reviewed， and the development prospect of conductive grease used in electrical equipment connection is prospected.

Keywords：conductive grease; carbon nanotubes; lithium salt; graphene; tribological properties; conductivity

0引言

高壓輸變電設(shè)備由于長期處于高負(fù)荷運(yùn)行，使其電壓等級和電流過大，容易造成電力連接處存在過熱現(xiàn)象，這主要受到環(huán)境中腐蝕性氣體、電化學(xué)腐蝕、維護(hù)不到位等因素的影響。電接觸區(qū)域異常發(fā)熱會改變元器件的電阻值，干擾輸電信號的正常傳輸，導(dǎo)致電連接失效造成設(shè)備停運(yùn)，甚至?xí)?dǎo)致起火等嚴(yán)重的災(zāi)害事故[1]。因此，解決電力設(shè)備異常發(fā)熱現(xiàn)象迫在眉睫。

電力復(fù)合脂又稱為導(dǎo)電膏，是一種新型電工材料[2]。常用的基礎(chǔ)脂包括硅油、聚醚和石蠟油等。基礎(chǔ)脂加入稠化劑增稠后，添加導(dǎo)電顆粒，再經(jīng)過修飾改性和分散工藝等一系列步驟，最終制備成軟狀膏體。目前，導(dǎo)電膏可分為5類，分別為可動電接觸型、超高溫電接觸型、滅弧電接觸型、高溫固定電接觸型、寬溫固定電接觸型[3]。電力復(fù)合脂在隔離開關(guān)、觸指、斷路器、線夾等一系列電力金具電連接接頭處等有廣泛的應(yīng)用空間。

過去為了解決電力設(shè)備異常發(fā)熱問題，采取的主流措施是在電連接處進(jìn)行搪錫工藝涂抹、涂抹工業(yè)凡士林以及鍍銀等方法。但由于滴點低易流淌、造價高和使用壽命短等問題限制了其進(jìn)一步發(fā)展。直到1999年，楊守生[4-5]運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)生成銀的方法，制得了一種銀系電力復(fù)合脂，涂敷在導(dǎo)線接頭處，可有效降低接觸電阻，減小發(fā)熱。龔炳林等[6]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大容量輸配電系統(tǒng)的電連接處發(fā)生過熱現(xiàn)象時，在該部位涂敷一定量的電力復(fù)合脂能有效地降低接觸區(qū)的接觸電阻，明顯降低電連接處在使用過程中的發(fā)熱。陳河山[7]等人通過實驗發(fā)現(xiàn)，在電連接處涂抹電力復(fù)合脂能夠解決發(fā)熱問題，并且電力復(fù)合脂中導(dǎo)電微粒分散越均勻，其導(dǎo)電性能越優(yōu)異，從而使得電能輸送質(zhì)量變高，有效降低電能損失，起到節(jié)約經(jīng)濟(jì)的作用。

隨著科技的不斷發(fā)展，對電力復(fù)合脂的綜合性能要求越來越高，眾多學(xué)者進(jìn)行了一系列的技術(shù)改進(jìn)。王國剛等[8]提供了一種硅油電力復(fù)合脂，具備成本低，耐高溫220 ℃的條件下做到不流淌等優(yōu)點。陳宜斌等[9]進(jìn)一步將電力復(fù)合脂的耐高溫滴點達(dá)到了312 ℃，具備良好的耐高溫穩(wěn)定性。孫運(yùn)濱等[10]將高分子硬脂酸鹽作為基礎(chǔ)油，制備的電力復(fù)合脂，溫度達(dá)到330 ℃時仍可以保持良好的觸變性，并且抗氧化性能得到了極大提升。汪建軍等[11]改善了電力復(fù)合脂的防腐蝕性能。鄭哲等[12]將石墨烯添加到電力復(fù)合脂中，導(dǎo)電性能得到極大提升，有效降低了電連接處的接觸電阻，使得發(fā)熱現(xiàn)象得到了極大的解決。電力復(fù)合脂在外界環(huán)境中使用，紫外線是導(dǎo)致其老化的主要因素，王志勇等[13]研發(fā)了一種耐輻射電力復(fù)合脂，有效提高了抗老化性能。趙冬梅[14]解決了在高電場條件下涂抹電力復(fù)合脂能有效降低電網(wǎng)接觸部位的發(fā)熱量，同時在使用過程中不易降解劣化等問題。

為了進(jìn)一步提升電力復(fù)合脂的綜合性能，開發(fā)新興材料迫在眉睫。近年來發(fā)展比較熱門的材料，如具有優(yōu)異電學(xué)性能和潤滑性能的碳納米管、離子液和石墨烯等新興材料，使其成為電力復(fù)合脂最有效的導(dǎo)電潤滑添加劑。因此，本文將分別論述碳納米管型電力復(fù)合脂、鋰鹽型電力復(fù)合脂和石墨烯型電力復(fù)合脂的電學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的研究進(jìn)展。

1電力復(fù)合脂的導(dǎo)電機(jī)理及使用

1.1電力復(fù)合脂的導(dǎo)電機(jī)理

電力設(shè)備相互接觸的兩個導(dǎo)體在壓力的作用下看似緊密連接在一起，但在接觸區(qū)域的接觸表面實際上是凹凸不平的，可以看做是點接觸。在載流條件下，電流只能從兩個導(dǎo)體接觸面的一點通過，導(dǎo)電通道大幅度變窄，導(dǎo)體接觸面之間電阻變大，相當(dāng)于增加了一個新電阻，這一電阻稱為收縮電阻[15]，如圖1所示。收縮電阻的增加勢必會造成接觸電阻增大。接觸電阻長期存在電力設(shè)備連接處，造成連接處發(fā)熱，增加電能損耗。降低接觸電阻的有效方法就是在凹凸不平的接觸區(qū)域填充適量的電力復(fù)合脂。

電力復(fù)合脂本身是不導(dǎo)電的，在其基礎(chǔ)油中添加了導(dǎo)電填料后，增加了內(nèi)部的電流通路，如圖2 所示，內(nèi)部的導(dǎo)電顆粒一部分會直接接觸，形成連續(xù)的鏈狀導(dǎo)電通路，相當(dāng)于電流流過導(dǎo)電顆粒自身電阻Ra和收縮電阻Ra1。另一部分導(dǎo)電顆粒距離很近，在“隧道效應(yīng)”的作用下形成隧穿電流，其阻值由導(dǎo)電顆粒自身電阻Rb、收縮電阻Rb1和隧道效應(yīng)電阻Rb2串聯(lián)組成。剩余的導(dǎo)電顆粒距離較遠(yuǎn)，相當(dāng)于斷路狀態(tài)。前兩條通路的共同作用，從而使得電力復(fù)合脂能夠?qū)щ奫16]。

量子隧道效應(yīng)指電子在電壓的作用高速運(yùn)轉(zhuǎn)，即使電子的能量低于勢壘的能量，也可以實現(xiàn)部分電子穿過勢壘達(dá)到流動的物理現(xiàn)象。在電接觸區(qū)域涂抹電力復(fù)合脂后可以有效填充空隙，使得點接觸變?yōu)槊娼佑|，增大了有效導(dǎo)電面積，電連接處導(dǎo)電性增強(qiáng)。

1.2電力復(fù)合脂的使用方法

在涂抹電力復(fù)合脂前，用細(xì)砂紙打磨電力金具的電接觸面，去除表面油污、毛刺和氧化膜，保證接觸面平整。打磨過程不可用力過大，防止對接觸面造成劃痕。打磨結(jié)束后，用丙酮（或無水乙醇）擦洗干凈，待丙酮揮發(fā)后，涂抹一層厚度為0.1～0.2mm的電力復(fù)合脂，最后將接觸面重合緊固，擦去表面流出多余膏體即可。

2電力復(fù)合脂的類型

2.1碳納米管型電力復(fù)合脂

碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）主要分為單壁碳納米管（single wall carbon nanotube，）、多壁碳納米管（multi-walled carbon nanotubes）和羧基化多壁碳納米管（carboxylated multi-walled carbon nanotubes）[17-18]。碳納米管作為碳材料中的一員，具有高長徑比和中空卷曲狀的特殊結(jié)構(gòu)[19]。碳納米管（carbon nanotubes，CNTs）的導(dǎo)電性能和潤滑性能十分優(yōu)秀，因此將其作為導(dǎo)電潤滑填料添加在潤滑脂中，大幅提高潤滑脂的減磨抗磨和導(dǎo)電能力[20]。

Hong等[21-22]通過自制CNTs作為導(dǎo)電潤滑添加劑到聚α—烯烴油中制備了潤滑脂。在低載荷條件下，考察了不同濃度碳納米管添加量和不同溫度的潤滑脂的導(dǎo)電性能和摩擦磨損性能。發(fā)現(xiàn)該潤滑脂在導(dǎo)電性和耐磨性均表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，并且在最高177℃的溫度下不會與銅發(fā)生反應(yīng)，隨著納米管質(zhì)量和純度的提高，碳納米管潤滑脂的綜合性能更加優(yōu)異。厲敏憲[23]進(jìn)一步研究了不同含量、管長和管徑的碳納米管作為添加劑對鋰基潤滑脂的摩擦性能影響，研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的碳納米管添加量下鋰基潤滑脂的摩擦性能最佳，并且管徑小和管長越大的碳納米管更容易填充到摩擦副的凹槽，從而展現(xiàn)出了更加優(yōu)異的學(xué)擦磨損性能。

朱莉莉[24]研究了油酸修飾多壁碳納米管后作為添加劑填充到膨潤土潤滑脂中的摩擦性能。數(shù)據(jù)表明，經(jīng)油酸修飾的多壁碳納米管在超聲和球磨綜合作用下其分散穩(wěn)定性最好，當(dāng)多壁碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%時，膨潤土潤滑脂的摩擦磨損性能最優(yōu)，磨斑直徑最小為0.69mm，與美孚28號航空潤滑脂（符合美國軍方規(guī)格M1L一G81322 C，磨斑直徑0.807mm）相比，降低了14.7%。由此可見，CNTs用量小就能使得潤滑脂具備良好的抗磨損性能。

碳納米管在具備優(yōu)良潤滑性能的同時是否具備良好的導(dǎo)電性能，吳海平等[25]研究了以碳納米管（CNTs）作為導(dǎo)電填料制備的導(dǎo)電膠在銅基板和鋁基板上的電學(xué)性能。從圖 3 中可以看出 ， 隨著CNTs含量的增加， 兩種電極下的導(dǎo)電膠的電阻率開始下降，但當(dāng)CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.3%左右時 ， 導(dǎo)電膠的體積電阻率又迅速增加。主要原因是當(dāng)碳納米管含量增加時， 樹脂固化收縮形成的壓力不能保證管與管之間緊密接觸，因此又出現(xiàn)了體積電阻率增加的情況。導(dǎo)電膠在銅電極的體積電阻率要低于鋁電極， 是因為銅片電極的本征電阻比鋁片小，將導(dǎo)電膠涂抹在銅片上的接觸電阻小于鋁電極的緣故。

為了探究碳納米管的導(dǎo)電特性是否優(yōu)于其它碳系材料，劉椿等[26]分別研究了碳納米管和導(dǎo)電炭黑作為添加劑制備的電力復(fù)合脂。從圖 4 中可以看出，隨著3種導(dǎo)電填料含量逐漸增加，潤滑脂的體積電阻率均呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)導(dǎo)電填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，體積電阻率趨于穩(wěn)定，碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，潤滑脂體積電阻率出現(xiàn)明顯變化，降低到至5.34×10Ω·m，導(dǎo)電性優(yōu)于兩種炭黑，同等導(dǎo)電填料含量下，碳納米管比導(dǎo)電炭黑更易于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

這種添加少量碳納米管的電力復(fù)合脂具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性，有學(xué)者開始研究不同類型碳納米管對電力復(fù)合脂的導(dǎo)電增強(qiáng)作用。2016年，Cao等[27]分別將單壁碳納米管（SWCNTs）、多壁碳納米管（MWCNTs）、羧基化多壁碳納米管（CWCNTs）和炭黑（Carbon black）為導(dǎo)電填料，加入到潤滑脂中。如圖5所示，隨著導(dǎo)電填料濃度的增加，電力復(fù)合脂的電導(dǎo)率逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)填料濃度為1.5%時，四種電力復(fù)合脂的電導(dǎo)率均達(dá)到最大，其中添加單壁碳納米管的電力復(fù)合脂電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾種，導(dǎo)電性能達(dá)到最優(yōu)。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)碳納米管作為潤滑脂添加劑的導(dǎo)電性能，王偉等[28]用離子液改性碳納米管作為導(dǎo)電添加劑，研究了載流條件下，載荷為5N和10N 的潤滑脂接觸電阻。研究發(fā)現(xiàn)，不同載荷下，改性碳納米管制備的電力復(fù)合脂的接觸電阻明顯要優(yōu)于純碳納米管作為導(dǎo)電添加劑制備的電力復(fù)合脂。目前，為了進(jìn)一步增強(qiáng)碳納米管的潤滑性和導(dǎo)電性，用其它材料改性碳納米管后作為電力復(fù)合脂的導(dǎo)電潤滑添加劑，在碳納米管領(lǐng)域是一個重要的研究方向。

2.2鋰鹽型電力復(fù)合脂

離子液體是一種有機(jī)鹽[29]，完全由陰陽離子組成，在常溫下呈液態(tài)。相比于碳系材料，雖然碳系材料價格便宜，導(dǎo)電能力強(qiáng)，但是制備的電力復(fù)合脂顏色較深，限制了電力復(fù)合脂的使用環(huán)境。研究表明，離子液隨著功能化基團(tuán)的引入，不僅有著優(yōu)良的潤滑性能，同時還具備良好的導(dǎo)電性。當(dāng)離子液通電后，內(nèi)部的自由電子和離子進(jìn)行有序排列，相當(dāng)于形成一條鏈狀導(dǎo)電通路，大大增強(qiáng)導(dǎo)電性。離子液具備熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)性低、潤滑性好和離子電導(dǎo)率高等優(yōu)點。憑借自身離子基團(tuán)制備的離子液電力復(fù)合脂導(dǎo)電性能更加優(yōu)異，逐漸成為主流的研究對象。

吳禮寧等[30]以l-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（LB104）、l-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸鹽（LB106）兩種離子液為導(dǎo)電添加劑加入聚醚中，制備了離子液體電力復(fù)合脂。分析數(shù)據(jù)得出，隨著離子液體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（0%～100%）的增加，摩擦系數(shù)近似線性降低，從0.113降至0.061（LB106）和0.071（LB104）。與此同時，隨著兩種離子液的加入，電力復(fù)合脂的電導(dǎo)率都呈現(xiàn)增高趨勢，導(dǎo)電性能增強(qiáng)。如圖6所示，LB104離子液體電導(dǎo)率比LB106離子液電導(dǎo)率更高，LB106制備出潤滑脂電導(dǎo)率為876μS/cm，LB104制備出潤滑脂電導(dǎo)率高達(dá)2260μS/cm。主要是因為當(dāng)液體通電后，自由電子和離子形成一個有序排列的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一根導(dǎo)線，隨著離子液濃度的增大，帶電離子不斷增多，大大提高了電力復(fù)合脂的電導(dǎo)率，保證了離子液電力復(fù)合脂的導(dǎo)電性。LB014離子液體陽離子側(cè)鏈碳原子數(shù)量比LB106小，離子移動速率越快，電導(dǎo)率因此越大。

相比于直接將離子液添加到聚醚基礎(chǔ)油中制備電力復(fù)合脂，葛翔宇[31]將聚醚進(jìn)行加工，制備鋰基潤滑脂基脂，然后分別加入四氟硼酸鋰（LiBF4）、六氟磷酸鋰（LiPF6）和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiNTf2）三種不同新型離子液體。對比基礎(chǔ)脂分析發(fā)現(xiàn)（表1），加入三種離子液后，基礎(chǔ)脂的體積電阻率從10減少到10，降低了7個數(shù)量級。與此同時電導(dǎo)率得到了顯著提升，并且接觸電阻也降低十分明顯，三種離子液的導(dǎo)電性能相差不大，均有效提升了基礎(chǔ)脂的電學(xué)性能，從而使電能的傳輸更加平穩(wěn)。

將離子液填充基礎(chǔ)脂提升導(dǎo)電性是一個可行的辦法，隨著研究的深入，眾多學(xué)者不斷開發(fā)出新型的離子液。王國剛等[32]以LiBF4和LiNTf2通過原位法形成新型離子液體，添加到高堿值復(fù)合磺酸鈣中制備電力復(fù)合脂。發(fā)現(xiàn)LiBF4的減摩抗磨性能優(yōu)于LiNTf2，當(dāng)添加2%濃度的LiBF4制備的電力復(fù)合脂，其摩擦性能最好。圖7和8所示，隨著離子液添加濃度的增加，兩種離子液的高堿值復(fù)合磺酸鈣基脂的體積電阻率呈現(xiàn)明顯的降低趨勢，從10降低到10，降低了4個數(shù)量級。其電導(dǎo)率逐漸上升，當(dāng)添加濃度為5%時，電導(dǎo)率最好。添加了LiBF4的潤滑脂電導(dǎo)率優(yōu)于LiNTf2。

相比于單純開發(fā)新型離子液作為導(dǎo)電添加劑，曹正峰等[33]將導(dǎo)電性能更好的 LB104離子液功能化聚苯胺，添加到聚脲潤滑脂中。研究發(fā)現(xiàn)，加入離子液體功能化聚苯胺的潤滑脂明顯降低體積電阻率，提高了潤滑脂的導(dǎo)電能力。從基礎(chǔ)脂的7.1×10μΩ·cm降低到9.2×10μΩ·cm，減少了2個數(shù)量級，主要是因為LB104離子液在潤滑脂中形成較多的導(dǎo)電接觸點，增加導(dǎo)電通路，從而提高潤滑脂的導(dǎo)電能力。將離子液與其它導(dǎo)電材料進(jìn)行功能化處理，是大幅度提升電力復(fù)合脂導(dǎo)電性的一個重要手段。

2.3石墨烯型電力復(fù)合脂

石墨烯是由碳原子sp2雜化堆積成的二維層狀結(jié)構(gòu)，它獨特的結(jié)構(gòu)賦予其更加優(yōu)異的性能。1TPa的楊氏模量和130GPa的彈性強(qiáng)度，使得石墨烯成為目前最堅硬的材料[34]。石墨烯內(nèi)部的電子遷移速率為20000cm/（V·S），石墨烯晶體內(nèi)部層間作用力為范德華力，極易發(fā)生層間滑動，優(yōu)異的導(dǎo)電性能卓越的耐高溫性，使其在眾多材料中脫穎而出[35-36]。石墨烯不僅作為導(dǎo)熱填料能夠有效的提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，但是同時也提高了其導(dǎo)電性能[37]。

因此，石墨烯被廣泛應(yīng)用于填料以制備各種高性能復(fù)合材料[38]。

Rafiee等[39]利用高溫?zé)徇€原法自制石墨烯，添加到環(huán)氧樹脂中，制備成新型樹脂材料。發(fā)現(xiàn)隨著石墨烯含量的增加，復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性等，得到了很大提升。為了進(jìn)一步提升復(fù)合材料的特性，Ganguli等[40]制備了片狀石墨填充環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電復(fù)合材料，利用KH550接枝到石墨片表面對片狀石墨進(jìn)行了化學(xué)改性。改性后的石墨烯雖然在導(dǎo)熱性能方面略有下降，但在復(fù)合材料導(dǎo)電性能與改性前相比得到了很大的提升。

針對石墨烯導(dǎo)電性能強(qiáng)和韌性優(yōu)異的研究，穆文雄[41]以石墨烯作為導(dǎo)電潤滑填料加入到膨潤土中，制備了電力復(fù)合脂。通過數(shù)據(jù)分析得出，載流條件下，在基礎(chǔ)脂中加入0.2%濃度的石墨烯，制備的電力復(fù)合脂摩擦系數(shù)僅為0.155。在變流變載條件下，分別在銅基和鋁基鍍了鋁膜、銅膜和銀膜上涂抹電力復(fù)合脂，發(fā)現(xiàn)銅基上鍍銀膜的接觸電阻明顯小于其他條件下的測試結(jié)果，約為32mΩ，導(dǎo)電性能達(dá)到最優(yōu)。對于銅鋁材料的使用，在表面進(jìn)行鍍膜處理后，使得電接觸區(qū)域的導(dǎo)電性得到極大的增強(qiáng)。

將石墨烯作為導(dǎo)電填料可以明顯提升電力復(fù)合脂的導(dǎo)電性能，為了進(jìn)一步提升石墨烯的導(dǎo)電性，劉洋等[42]通過使用有機(jī)硅對石墨烯進(jìn)行功能化改性處理，并與納米銅粉和銀粉一起填充到有機(jī)硅油中，制備石墨烯電力復(fù)合脂。通過對石墨烯形貌分析（見圖9和圖10）發(fā)現(xiàn)，改性前顏色明暗變化突出，可能是結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致其部分片層發(fā)生了彎曲和疊加。改性后的石墨烯團(tuán)聚程度明顯減弱。這是由于硅烷偶聯(lián)劑的化學(xué)能降低了石墨烯片之間的相互作用力，使得石墨烯片的團(tuán)聚程度有所降低。當(dāng)有機(jī)硅改性石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0～0.4%范圍逐漸增加時，電力復(fù)合脂的體積電阻率由16.24TΩ·cm降低至14.65TΩ·cm。接觸電阻系數(shù)由0.96降至0.86，導(dǎo)電性能明顯增強(qiáng)。相比于石墨烯導(dǎo)電通路，石墨烯片與金屬導(dǎo)電顆粒形成的球-片接觸結(jié)構(gòu)更有利于形成導(dǎo)電通路，全面體現(xiàn)了有機(jī)硅改性石墨烯電力復(fù)合脂優(yōu)異的性能。

功能化改性石墨烯和導(dǎo)電金屬粉的結(jié)合使得電力復(fù)合脂的導(dǎo)電性能得到極大的提升，隨著研究的不斷深入，馬艾麗等[43]用多層改性片狀石墨烯和球狀微米銀包銅作為導(dǎo)電添加劑制備的石墨烯環(huán)氧導(dǎo)電膠。如圖 11 所示，隨著石墨烯含量的增加，導(dǎo)電膠的表面電阻明顯降低，當(dāng)石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.07%時導(dǎo)電膠的表面電阻最小，僅為300mΩ。主要是因為添加石墨烯和球形銀包銅粉的相互作用，使得導(dǎo)電填料間隙更小，導(dǎo)電通路增加，電子傳遞更容易。

通過對碳納米管型電力復(fù)合脂、鋰鹽型電力復(fù)合脂和石墨烯型電力復(fù)合脂的綜述，可以發(fā)現(xiàn)，鋰鹽型電力復(fù)合脂，得益于離子電導(dǎo)性能高于普通電子的電導(dǎo)，并且制備的電力復(fù)合脂顏色較淺，這種高導(dǎo)電顏色淺的離子液電力復(fù)合脂能適用于大多數(shù)的應(yīng)用場景。但是，離子液本身工藝復(fù)雜，制備環(huán)境苛刻也是今后需要提升的一個重要方向。相比于同為碳系材料的碳納米管和石墨烯，石墨烯的導(dǎo)電性能更強(qiáng)，特殊的二維結(jié)構(gòu)，改性石墨烯片層使其具有高的電導(dǎo)率和潤滑性，作為導(dǎo)電潤滑填料制備石墨烯電力復(fù)合脂的綜合性能更為優(yōu)異，并且制備工藝簡單，是今后電力復(fù)合脂發(fā)展的主流方向。

3電力復(fù)合脂的應(yīng)用領(lǐng)域

變電站高壓輸變電線路中各種引流接頭、高壓隔離開關(guān)和斷路器等。例如2018年4月，博愛縣供電公司35kV變電站一臺VS1-12型真空斷路器的靜觸頭和母線銅排連接處發(fā)熱溫度高達(dá)103℃，接觸電阻明顯增大，在連接處涂抹一層厚度0.5mm的電力復(fù)合脂，有效降低電連接的接觸電阻，減少發(fā)熱，設(shè)備恢復(fù)正常[44]。西北地區(qū)某 110kV輸電線路引流線線夾兩個螺栓連接中段發(fā)生高溫熔斷，造成接觸電阻增大，引起發(fā)熱嚴(yán)重?zé)龎木€路，涂抹一定電力復(fù)合脂后，消除故障，線路安全有效運(yùn)行[45]。河北固安供電公司35kV有載調(diào)壓電力變壓器的三相母線涂抹電力復(fù)合脂后接觸面溫度明顯降低[1]。溫州電力局110kV變電站的高壓隔離開關(guān)刀閘處涂抹ZC9411電力復(fù)合脂，接觸電阻降低1.86%[1]。

軌道交通領(lǐng)域中電氣設(shè)備的供電軌母排接頭、變流器和接觸網(wǎng)等。電氣設(shè)備常常因為運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，通過的電流大而容易燒壞設(shè)備。2017年8月廣州軌道交通的接觸網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象，經(jīng)檢測是接觸網(wǎng)隔離開關(guān)主刀閘長期戶外老化、磨損產(chǎn)生一層氧化膜導(dǎo)致接觸電阻增大引起的發(fā)熱，徹底擦除該處氧化膜，涂抹一層電力復(fù)合脂后接觸網(wǎng)恢復(fù)正常[46]。中鐵電氣化局某高鐵項目的接觸網(wǎng)銅線夾受到環(huán)境腐蝕產(chǎn)生氧化膜造成接觸電阻變大，用砂紙擦除氧化膜，涂抹一定量電力復(fù)合脂后接觸電阻明顯降低[46]。青海鹽湖地區(qū)輸電線路的電力接地網(wǎng)桿塔入地部分，受到當(dāng)?shù)赝寥栏g， 造成設(shè)備腐蝕，在接地網(wǎng)的扁鐵上涂上一層導(dǎo)電防腐電力復(fù)合脂， 達(dá)到防腐和導(dǎo)電雙重效果， 壽命延長1倍以上[47]。

冶金工程領(lǐng)域中企業(yè)的礦熱爐、大電流發(fā)生器、母線排等。首鋼某鋼鐵公司的母線排鹽霧腐蝕嚴(yán)重，用砂紙打磨干凈后，涂抹一層電力復(fù)合脂，防止母線排再次被腐蝕[46]。設(shè)備長期處于高溫高壓環(huán)境、電接觸區(qū)域易遭受電化學(xué)腐蝕等，在電接觸區(qū)域涂抹耐高溫、防腐蝕型電力復(fù)合脂可有效保護(hù)電力設(shè)備、延長設(shè)備使用壽命。

4結(jié)論與展望

通過上述文獻(xiàn)可以看出，目前輸變電系統(tǒng)領(lǐng)域中，在導(dǎo)體連接中涂抹電力復(fù)合脂是消除間隙，提高連接穩(wěn)定性和可靠性最有效的方式。碳納米管、離子液和石墨烯的獨特結(jié)構(gòu)致使其具有優(yōu)異的潤滑性能和導(dǎo)電能力，其作為導(dǎo)電潤滑添加劑對電力復(fù)合脂的影響一直是該研究領(lǐng)域的熱點之一。與此同時，要實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還要面臨眾多問題和挑戰(zhàn)。離子液體易吸收空氣中的水分，依賴惰性氣體環(huán)境下操作，石墨烯生產(chǎn)成本高，碳納米管等碳系材料普遍顏色較深，限制了其作為導(dǎo)電填料制備的電力復(fù)合脂的使用范圍。如何滿足特定環(huán)境的使用條件，如何改善電力復(fù)合脂在導(dǎo)體連接處的摩擦性能和導(dǎo)電性能，如何使電力復(fù)合脂有更廣闊的作用，這都是電力復(fù)合脂將要面對的難點。總之，電力復(fù)合脂廣泛應(yīng)用于各種電接觸區(qū)域，作為綠色環(huán)保、極具發(fā)展前途的新型導(dǎo)電材料，具有深入的研究價值和更為廣闊的發(fā)展前景。

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（編輯：溫澤宇）