ВНЕШНИЙ ПРОВОДНИК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ КОАКСИАЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к конструктивным элементам электрических кабелей связи коаксиального типа и может использоваться в электротехнике, в частности при производстве упомянутых кабелей связи коаксиального типа.
Коаксиальный кабель - это кабель, содержащий по крайней мере одну пару расположенных соосно проводников [Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Д.С. Бачелис, Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян: Под редакцией Н.И. Белоруссова. - 2 изд., перераб. - М. Л.: Госэнергоиздат, 1963. С. 58-118]. Оба проводника, внутренний и внешний, представляют собой соосные цилиндры и разделены слоем сплошной или полувоздушной изоляции.
Внутренний проводник пары расположенных соосно проводников предназначен для передачи сигнала и выполнен из электропроводящего материала - металла (чаще всего медь или алюминий), или металлического сплава.
Внешний проводник обычно выполнен из металлической фольги или металлической сетчатой оплетки, или комбинации ленты и оплетки [патент RU 65683, МПК H01B 11/00, патент RU 106435, МПК H01B 11/20]. Основная функция внешнего проводника заключается в экранировании внутреннего проводника от воздействия внешних электромагнитных полей.
Недостатками описанного кабеля являются его большая удельная масса и ограниченная гибкость, которые в большей степени определяются массой и гибкостью внешнего проводника.
Вышеуказанные недостатки можно разрешить при использовании коаксиального кабеля, у которого внешний проводник выполнен из пленок, содержащих углеродные нанотрубки [патент US 7459627, МПК H01B 7/00].
Это техническое решение является ближайшим аналогом предлагаемого и принято за прототип полезной модели.
К недостаткам прототипа относится низкая электропроводность получаемых пленок из углеродных нанотрубок, а также сложная технология формирования экранирующего слоя, заключающаяся в получении отдельных пленок из углеродных нанотрубок, склеивании пленок между собой и нанесении их на поверхность изолирующего слоя. В результате внешний проводник не обеспечивает должного экранирования сигнала в электрических кабелях связи коаксиального типа и характеризуется невысокими значениями механической прочности. Также возможность применения данных пленок из углеродных нанотрубок ограничивается тем, что для соединения пленки с металлическими деталями не может использоваться пайка.
Полезная модель решает задачу создания внешнего проводника для электрических кабелей связи коаксиального типа, обладающего электропроводностью, сравнимой с электропроводностью металлов, небольшой удельной массой, повышенными механическими свойствами, такими, как прочность на разрыв, причем для соединения данного внешнего проводника с другими деталями может использоваться пайка.
Поставленная задача решается тем, что предлагается внешний проводник, выполненный из бумаги из одностенных углеродных нанотрубок, содержащей в своем составе связующую добавку, причем по меньшей мере на одну из сторон названной бумаги нанесено металлическое покрытие.
Известная бумага из углеродных нанотрубок представляет собой тонкий лист, сделанный из пучков углеродных нанотрубок. В литературе такой материал называют «Buckypaper» или «Bucky paper» [Richard Е. Smalley et al. / Science / Vol 280 / 1998 / p. 1253; M. Endo et al. / Nature / Vol 433 / 2005 / p. 476].
Вышеупомянутый внешний проводник может содержать не менее 20 масс. % связующих добавок, повышающих ее прочность.
В качестве связующих добавок могут быть использованы синтетические полимеры, например поливинилпирролидон, поливинилденфторид, поливиниловый спирт, поливинилхлорид, полиакрилонитрил и т.п., не ограничиваясь приведенными примерами, или карбоновые кислоты, например капроновая или акриловая кислота, или нитрилы кислот, например ацетонитрил и т.п., не ограничиваясь приведенными примерами.
Кроме этого, внешний проводник может содержать одностенные углеродные нанотрубки в количестве не менее 20 масс. %. При более низком содержании углеродных нанотрубок в бумаге электропроводность и прочность бумаги падает.
Металлическое покрытие может быть нанесено как на одну, так и на обе стороны бумаги из углеродных нанотрубок одним из следующих способов: химическое или электрохимическое осаждение, физическое осаждение из газовой фазы.
В зависимости от используемого способа осаждения металл покрытия может быть выбран из следующего ряда: алюминий, или никель, или медь, или серебро, или комбинация по меньшей мере двух из перечисленных металлов.
2
После осаждения металлического покрытия может измеряться его поверхностная плотность, которая в данном случае может составлять не менее 0,9 г/м.
Важнейшими характеристиками для бумаги из углеродных нанотрубок с металлическим покрытием являются электропроводность и прочность (усилие на разрыв).
Так как бумага из углеродных нанотрубок с металлическим покрытием является композиционным материалом, то ее электропроводность в первую очередь определяется электропроводностью нанесенного металла. На основании измеренной величины сопротивления (R) композита рассчитывается удельное сопротивление на квадрат из расчета геометрических размеров образца по формуле , где W - ширина образца, L - длина образца, и  составляет не более 0,5 . Для сравнения, удельное сопротивление на квадрат бумаги из углеродных нанотрубок без металлического покрытия составляет не более 2,5 , а для медной фольги .
Прочность бумаги с металлическим покрытием измеряется усилием на разрыв, отнесенным на 1 мм ее ширины, и составляет не менее 0,05 Н, что соответствует прочности на разрыв для бумаги с металлическим покрытием не менее 50 МПа. Это сравнимо с величиной прочности на разрыв для бумаги без металлического покрытия.
Толщина готового внешнего проводника может составлять не менее 2 μм.
Внешний проводник может состоять из нескольких слоев бумаги из углеродных нанотрубок, на каждый из которых нанесено металлическое покрытие.
Предлагаемый внешний проводник может быть изготовлен как описано ниже.
Бумага с металлическим покрытием может быть изготовлена, например, электрохимическим способом (на примере нанесения медного покрытия). Для этого в раствор электролита опускают медную фольгу, бумагу из углеродных нанотрубок и подают разность потенциалов. При пропускании электрического тока через раствор электролита происходит восстановление металлической меди на бумаге из углеродных нанотрубок с образованием сплошного покрытия из металла. После завершения электролиза бумага с металлическим покрытием промывается дистиллированной водой. Приготовленный образец бумаги с металлическим покрытием далее подвергают сушке при повышенной температуре.
Металлическое покрытие может быть нанесено как на одну, так и на обе стороны бумаги из углеродных нанотрубок.
Полученная бумага с металлическим покрытием накладывается в форме спиральной обмотки поверх изоляции коаксиального провода, тем самым образуя внешний проводник для электрического кабеля связи коаксиального типа.
Предлагаемый внешний проводник обладает электропроводностью, сравнимой с электропроводностью металла, небольшой удельной массой и повышенными механическими свойствами, в частности прочностью на разрыв. Благодаря этим свойствам внешний проводник может применяться, например, при электромагнитном экранировании в электрических кабелях связи коаксиального типа.
Предлагаемое техническое решение подтверждается нижеприведенным примером, который иллюстрирует, но не ограничивает его собой.
ПРИМЕР
2+
0
Для приготовления раствора электролита 30 грамм медного купороса и 3 грамма 98% серной кислоты растворяют в 100 мл дистиллированной воды при постоянном перемешивании. В раствор приготовленного электролита опускают медную фольгу и бумагу из углеродных нанотрубок. На медную фольгу подают положительный потенциал (анод), на бумагу из углеродных нанотрубок подают отрицательный потенциал (катод). При пропускании электрического тока (не менее 1 Ампера) через раствор электролита ионы меди Cu диффундируют к катоду и осаждаются на бумаге из углеродных нанотрубок в виде частиц металлической меди Cu, образуя сплошное металлическое покрытие. Данный процесс может занимать по времени не менее 10 секунд, в зависимости от требуемой толщины металлического покрытия.
После завершения электролиза и нанесения металлического покрытия бумагу из углеродных нанотрубок вынимают из раствора электролита и неоднократно промывают дистиллированной водой при температуре 80°C. Приготовленный образец далее сушат при температуре 140°C в течение 2 часов.
Измеренное удельное сопротивление на квадрат полученного внешнего проводника (бумаги из углеродных нанотрубок с металлическим покрытием) составило не более 0,01 , что в 50 раз меньше, чем удельное сопротивление на квадрат для проводника, изготовленного из аналогичной бумаги без металлического покрытия.
Измеренное усилие на разрыв, отнесенное на 1 мм ширины предложенного внешнего проводника, составило не менее 0,1 Н по сравнению с 0,08 Н для внешнего проводника, выполненного из бумаги без металлического покрытия.