一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶的製作方法

2023-09-27 07:06:05

本申請涉及電力計量設備領域，尤其涉及一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶。

背景技術：

隨著科學技術的發展，電能已經成為一種重要的能源之一，其已經廣泛應用到社會生產的各個領域和社會生活的各個方面。現代化的建設、國民經濟的發展和人民生活質量的提高與電力的建設和發展息息相關。

計量電錶是對電能進行計量的工具，金屬表箱的缺點是無法直接觀看計量設備，優點是金屬表箱是導體，可以構成一個屏蔽體，起到抗電磁幹擾的作用，而塑料表箱可以方便觀察表計狀況，但是無法抗電磁幹擾。

現有電能表採用普通的塑料表殼，不具有抗電磁幹擾特性。目前採用高頻輻射幹擾器對電能表進行電磁幹擾竊電已經有漫延之勢。其利用竊電裝置的大功率無線信號對電錶的cpu進行幹擾，使電錶不能正常工作，不計或少計電量，還可隨時恢復電錶計量，這種竊電方法操作時間短，隱蔽性非常強，在表箱外發射大功率信號就能達到幹擾電錶的目的，不需改動電力設備和計量裝置的任何部分，在現場也不留任何痕跡，使竊電稽查人員即使在短時間內發現竊電，也無法定性，只能更換電能表，且電能量追補困難重重。有的供電部門為了能全面監控用戶，投資大量資金安裝了遠程監控系統，但應用後發現，因上述竊電方法使電錶本身少計電量，系統根本無法判斷其是負荷減小還是竊電行為，即使能判斷出其正在竊電，馬上去用戶現場核查，也因其竊電器操作時間短(只需幾秒鐘)，在核查人員趕到時，還是無法找到任何竊電的線索。由於對這種高科技智能化竊電方式供電系統尚無有效的防範方式，結果導致其在某些地方迅速擴展，造成線損升高，損失巨大。因此採用防電磁幹擾材料設計抗幹擾電能表箱，以保證計量的準確性勢在必行。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶，以解決上述提出問題。

本發明的實施例中提供了一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶，該計量電錶包括電錶箱和設於電錶箱內的計量裝置，該電錶箱包括殼體及複合層，該複合層包括第一環氧樹脂層、第二環氧樹脂層以及設置於第一環氧樹脂層和第二環氧樹脂層之間的複合吸波層，該複合吸波層包括第一吸波層、中間層和第二吸波層；上述所述的第一吸波層、第二吸波層均為三元複合吸波材料製作而成，其中，第一吸波層為聚苯胺/石墨烯/fe3o4吸波層，第二吸波層為聚苯胺/石墨烯/氧化鋁吸波層。

優選地，上述的三元複合吸波材料中，還包含有空心tio2載體，該空心tio2載體表面具有多孔結構，其是以花粉為模板、水熱法製備的。

本發明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發明的計量電錶中包含複合吸波層，該複合吸波層採用三明治結構設計，其中，

1.第一吸波層和第二吸波層為包含石墨烯的三元複合吸波材料製備，可以對電磁波的不同頻段進行有效吸收，擴展了吸波的頻寬，降低了吸波材料的密度；同時，該三元複合吸波材料中包含空心tio2載體，其對於fe3o4、氧化鋁納米粒子起到良好的分散作用，從而避免了納米糰聚現象，對於三元複合吸波材料吸波效應的均勻發揮產生積極效果；

2.該中間層採用擁有優越屏蔽性能的鍍銀金屬纖維在高聚物中形成金屬纖維屏蔽網，金屬纖維屏蔽網固化到絕緣塑料和吸波層中間，獲得了更好的屏蔽和吸波效果。

本申請附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。應當理解的是，以上的一般描述和後文的細節描述僅是示例性和解釋性的，並不能限制本申請。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明計量電錶的結構示意圖；

圖2是本發明電錶箱內複合層的結構示意圖；

其中，2-計量裝置，10-殼體，11-複合層，111-第一環氧樹脂層，112-第二環氧樹脂層，113-第一吸波層，114-中間層，115-第二吸波層。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

本申請的實施例涉及一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶，該計量電錶包括電錶箱和設於電錶箱內的計量裝置2，該電錶箱包括殼體10及複合層11。

該複合層11包括第一環氧樹脂層111、第二環氧樹脂層112以及設置於第一環氧樹脂層和第二環氧樹脂層之間的複合吸波層，該複合吸波層包括第一吸波層113、中間層114和第二吸波層115；

該第一吸波層113設置在第一環氧樹脂層111一側；

該第二吸波層115設置在第二環氧樹脂層112一側；

該中間層114設置於第一吸波層113和第二吸波層115之間；

該中間層114為金屬纖維屏蔽層。

所述金屬纖維屏蔽層為採用金屬納米線材料製作的金屬纖維屏蔽網；

所述的金屬納米線可以為鐵磁性納米線，比如鐵、鈷、鎳及其合金。同時，為了增加屏蔽效果可以在鐵磁性金屬納米線表面進行鍍銀處理。

所述的第一吸波層113和第二吸波層115為採用三元複合吸波材料製作的吸波層。

吸波材料能夠將照射到其上的電磁波變為熱能或因幹涉而消失的材料，在現有技術中，吸波材料一般是由吸收劑和基體材料複合而成，涉及吸波材料的技術方案通常在基體材料、吸波劑和複合材料成型工藝方面，而吸波劑的性能、數量及匹配條件是該類技術方案的研究重點。理想的吸波材料具有厚度薄、密度低、吸波頻帶寬和性能可設計等優勢，金屬和磁性材料等傳統的吸波材料，雖然具有良好的微波吸收性能，但是其密度大、耐腐蝕性能差等缺點限制了其應用，本技術方案中，該吸波層為基於三元複合吸波材料，包含有聚苯胺和石墨烯，可以對電磁波的不同頻段進行有效吸收，擴展了吸波的頻寬，降低了吸波材料的密度。

優選地，該第一吸波層113和第二吸波層115的厚度分別為1.5mm、1.5mm，該中間層的厚度為1mm。

具體的，上述所述的第一吸波層、第二吸波層均為三元複合吸波材料製作而成，其中，第一吸波層為聚苯胺/石墨烯/fe3o4吸波層，第二吸波層為聚苯胺/石墨烯/氧化鋁吸波層，各吸波層中，聚苯胺與石墨烯的質量比均為5：1，各吸波層中，fe3o4、氧化鋁均為納米粒子，粒徑為100nm，且，fe3o4、氧化鋁在吸波材料中的質量含量分別為9％、11％。

聚苯胺具有結構多樣性、成本低、環境友好、熱穩定性和高導電性等性質，其能夠和某些無機物或有機物構成複合材料，其中，聚苯胺與石墨烯都是電損耗型吸波材料，聚苯胺與石墨烯複合材料具有較大的比表面積，較強的機械性能及優異的導電性，一般將其應用於超級電容器、電極材料領域，很少有技術方案將其作為吸波材料；在本申請的技術方案中，該多元複合吸波材料中均包含聚苯胺/石墨烯，選取的填料依次為fe3o4、氧化鋁，這樣，每層吸波層均為三元複合吸波材料，表現良好的吸波效果。

具體的，上述的三元複合吸波材料中，還包含有空心tio2載體，該空心tio2載體表面具有多孔結構，其是以花粉為模板、水熱法製備的，然後經過退火過程將花粉模板去除，從而形成空心tio2載體，該空心tio2載體能夠均勻吸附三元複合吸波材料中的fe3o4和氧化鋁納米粒子，通過載體的吸附，能夠避免fe3o4和氧化鋁納米粒子的團聚現象，這對於三元複合吸波材料吸波效應的均勻發揮產生積極效果。

此外，二氧化鈦是一種化學性質穩定的半導體材料，一般表現為光催化性能，用於光催化自清潔材料，或者用於造紙、橡膠等製品中，作為填充劑、著色劑使用，而本申請中，採用水熱法以花粉為模板製備了空心tio2載體，並將其創造性的作為納米填料的載體使用，得益於其特殊的表面結構，在本申請中對於三元複合吸波材料的吸波效果的發揮起到關鍵作用。

具體的，該空心tio2載體的粒徑為50微米，在第一吸波層、第二吸波層中，該空心tio2載體與fe3o4、氧化鋁的物質的量之比分別為1:8、1:7。

優選地，本申請的技術方案還涉及上述第一吸波層、第二吸波層的製備過程：

步驟1，在燒瓶中放入0.6g的石墨粉，將該燒瓶在冰浴條件下，保持溫度為0℃±5℃；然後向燒瓶中緩慢加入濃硫酸，不斷攪拌50min，然後緩慢加入高錳酸鉀2.3g，攪拌1.5小時；將反應體系溫度升高至40℃，攪拌30min；然後用燒杯取500ml的去例子水，並將上述燒瓶中的液體倒入燒杯中與去例子水混合，在62℃下反應30min，再向燒杯中加入雙氧水，到沒有氣泡產生為止，將反應物用6％的hcl離心洗滌至濾液加入bacl2後無沉澱，再用去例子水洗滌離心若干次至金黃色，將產物超聲後冷卻乾燥30h，即得石墨烯；

步驟2，取聚苯胺粉末、樟腦磺酸、石墨烯分別為5g、7g、1g混合，然後將混合物放入研缽中，不斷研磨1h，隨後將充分研磨後的混合粉末加入到500ml的n-甲基吡咯烷酮中，磁力攪拌50h，然後將反應物離心分離，在80℃下真空乾燥48h，即得聚苯胺/石墨烯複合材料；

步驟3，篩選出合適直徑的油菜花花粉，用酒精漂洗、乾燥，待用；然後，將300ml的去例子水與9g的ti(so4)2混合，攪拌20min，然後向上述去例子水混合物中加入1.2g的氟化銨和3.8g的尿素，攪拌60min，然後將上述乾燥的油菜花花粉21.0g加入到上述去例子水混合物中，攪拌20min，將上述去離子水混合物轉移到水熱釜中，在180℃下水熱反應20h，反應結束後，收集水熱釜中白色沉澱，並將其清洗乾淨，在乾燥箱中70℃下乾燥20h，然後將其放入馬弗爐中450℃退火2h，480℃退火1h，退火過程中會將花粉顆粒去除，退火結束後，得到tio2空心球，即為空心tio2載體；

步驟4，製備吸波層：

聚苯胺/石墨烯複合材料、空心tio2載體和fe3o4納米粒子按照比例混合，採用溶液共混法製備漿料，將該漿料塗覆在中間層一側，烘乾後形成第一吸波層；

同樣地，取聚苯胺/石墨烯複合材料、空心tio2載體和氧化鋁納米粒子按照比例混合，採用溶液共混法製備漿料，將該漿料塗覆在中間層的另一側，烘乾後形成第二吸波層；

這樣，中間層、第一吸波層和第二吸波層構成複合吸波層，然後該複合吸波層再結合位於兩側第一環氧樹脂層、第二環氧樹脂層構成複合層，將該複合層設於電錶箱殼體內部，構成本申請的一種內置有石墨烯複合吸波層的計量電錶，將該計量電錶進行屏蔽效應測試，發現，其屏蔽能力大於10db時的頻率寬度為17.5ghz，表現為在低頻和高頻段均有良好的電磁屏蔽能力。

以上所述僅為本發明的較佳方式，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。