电力电缆（powercable）是用于传输和分配电能的电缆，是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品。常用于城市地下电网、发电站的引出线路、工矿企业的内部供电及过江、过海的水下输电线。一般电缆内部材料结构如下图所示：

前，内、外半导电屏蔽层使用的是添加导电炭黑的复合高分子材料(如聚乙烯等)。这种半导电屏蔽层可以改善电场分布。由于电缆导体由多股导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。我们知道等量同种电荷的电场如下图所示：

那么，由多股导线绞合而成的中心的电缆导体，会形成不均匀电场，如下图所示：

电缆处于不均匀电场中时，会感应出噪声电压，对电路形成干扰，增加电缆内部传输电量的损失，产生对外的电磁辐射污染。因此，使用半导电屏蔽材料，可以改善电量损失和电磁辐射污染，另一方面也可以有效地防止外部电磁环境对电缆内信号产生干扰，保证传输的质量。增加半导电屏蔽材料后的电缆电场示意图如下：

在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位，并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。这一层屏蔽，又称为内屏蔽层。??在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电。??这种半导电屏蔽无死角，材料生产速度快。

目前使用的导电炭黑作为导电填料添加在高分子材料中，提高了材料的导电率。但是由于导电炭黑的导电率有限，需要大量添加，使得这种添加了大量炭黑的复合材料韧性降低，在制作成包覆在导体表面的半导电层后容易开裂，材料表面也不均匀。

石墨烯具有导电性极强的优良特性，是能隙为零的半导体，电子的运动速度能达到光速的1/300，远超其他金属导体或半导体的运动速度。常温下其载流子迁移率最高，它的电阻率比铜(中国目前生产电线电缆导体用首选原材料)或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。正是因为石墨烯具有导电性优异等特点，故被应用于电缆导体中能够增加相同导体的导电量。添加了石墨烯在半导电材料后，大大降低炭黑的使用量，解决了材料本身韧性低和表明不平滑的问题。

石墨烯复合高半导电导体屏蔽材料利用石墨烯良好的导电性、导热性和高的比表面积。采用石墨烯最佳添加比例、解决了石墨烯均匀分散的技术问题、研究了其导电机理、改善了原有电缆用半导电材料的加工成型技术难题。它大幅降低了电缆内外半导电屏蔽层的体积电阻率，改善了屏蔽层的热稳定性，提高了屏蔽层对电场的均化效果，减少了电缆运行中可能出现的局部放电现象，并且提高了电缆的使用寿命。

上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系纳电子材料与器件课题组是专业从事高品质碳纳米管和石墨烯制备以及下游产品开发的团队。研发了转盘形阵列原料棒馈送电弧放电半连续法高温气相制备单壁和多壁碳纳米管技术，建立了对碳纳米管提纯、剪裁、筛选、超高真空高温退火等一系列加工工艺，实现了高纯、优质、长度和直径一致性好的单壁和多壁碳纳米管的批量化可控制备。

石墨烯制备方面，采用改进Hummers方法室温下大规模制备出氧化石墨烯（GO），并掌握了大规模（1立方反应釜）室温制备高质量GO的技术。这为本课题开展提供了坚实的理论基础。

本团队采用独特的催化剂，实现了天然鳞片石墨的常温常压快速规模化氧化剥离，得到了尺寸可控（亚微米~100微米）、含氧量可控（30~45%）、单层率高的氧化石墨烯产业化制备。目前，本团队与企业建立合作，在浙江温州等地建立了石墨烯基材及应用产品生产基地，主要生产高纯度、尺寸可定制的“单层氧化石墨烯和石墨烯”基材浆料/粉末及重防腐和防火涂料添加剂、石墨烯电池导电剂、高分子复合材料添加剂、石墨烯润滑油添加剂、散热涂料、电热浆料（膜）等多类型应用产品。

目前，本团队已基本掌握石墨烯复合母粒及其产业化制备方法，经优化研究将有希望作为复合半导电屏蔽料添加剂应用，大幅减少炭黑粒子的用量。

课题产品名称：石墨烯复合母粒

石墨烯微片具有良好的导电导热性能，经改性后的塑料体现出良好的传导性能。

本团队采用廉价的天然石墨粉为原料，利用双螺杆挤出机，通过添加独特的助剂以及工艺控制，实现石墨粉末在聚合物基体中的原位剥离和分散，在这种情况下，此母料很容易混合和分散，同时保持基础聚合物的物理、结构、和热性质等。复合材料可使用注塑成型和挤出成型。上述产品线可定制式优化（根据需要进行优化，石墨烯纳米片从5微米到25微米可调节）,以满足下游高压线缆不同的需求，这取决于产品上的应用程序和所需的性能。

填料/增强     石墨烯，20％填料按重量

用途         导电

加工方法      挤压注塑等方法成型

经此方法制备的石墨烯复合母粒成本将大幅降低，采用石墨原料（价格低于20000元/吨）代替市场上的石墨烯粉末（规模