一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜及其制备方法，该复合电热薄膜包括质量比为0.005～0.01:1的改性碳纳米管及SnO2；制法为将锡盐加入到溶剂中配制成混合溶液，加入改性后的碳纳米管搅匀，制得电热膜前驱液，将基板预热后浸入该前驱体溶液中自然成膜后，将该镀膜基板在450～550℃条件下退火10～20min，即可。本发明专利技术的复合电热膜电阻较小、发射率高、热效率优异，且化学稳定性强，能够代替现有的发热电阻或热效率不佳的发热元件；同时制法简单，节能环保，能够工业化生产。

A SnO_2/Modified Carbon Nanotubes Composite Electrothermal Film and Its Preparation Method

The invention discloses a SnO_2/modified carbon nanotubes composite electrothermal film and its preparation method, which comprises modified carbon nanotubes and SnO_2 with a mass ratio of 0.005 to 0.01:1. The preparation method is to prepare a mixed solution by adding tin salts into the solvent and stirring the modified carbon nanotubes, to prepare a precursor solution of the electrothermal film, and to immerse the substrate in the precursor solution naturally after preheating. After film formation, the substrate can be annealed for 10-20 minutes at 450-550 C. The composite electrothermal film of the invention has small resistance, high emissivity, excellent thermal efficiency and strong chemical stability, and can replace the existing thermoelectric resistance or the heating element with poor thermal efficiency; at the same time, the preparation method is simple, energy saving and environmental protection, and can be industrialized production.

【技术实现步骤摘要】
一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜及其制备方法
本专利技术属于电热薄膜制备领域，尤其涉及一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，其径向尺寸较小，管的外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径更小，有的只有1nm左右；而其长度一般在微米级，长度和直径比非常大，可达103～106nm。因此，碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。碳纳米管自从被人类发现以来，就一直被誉为未来的材料，是近年来国际科学的前沿领域之一。目前电热薄膜主要包括以下四大类型：(1)碳系电热薄膜(CN103173003A：一种碳纳米管-水溶性聚合物复合柔性电热薄膜、制备方法及其用途；CN103545053A：透明导电薄膜的制备方法及具有该导电薄膜的CF基板的制备方法)。(2)金属系电热薄膜(CN107257589A：一种电热薄膜材料及其制作方法；CN1213946：红外辐射电热薄膜及其生产方法；CN106039567A金属纳米线透明导电薄膜、应用金属纳米线透明导电薄膜的理疗仪及其工作方法)。(3)半导体系电热薄膜(CN106920598A：一种在硅基底上制备氧化锡导电薄膜的方法；CN106374010A：一种纳米银复合氧化锡透明导电薄膜的制备方法)。(4)高分子系电热薄膜(CN205080913U：导电薄膜、导电薄膜卷、感光性导电薄膜、感光性导电薄膜卷、导电膜基材及装置；CN103804704A：一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电膜)。上述碳系电热薄膜成本较高，使用温度较低；金属系电热薄膜制备方法不宜于实现工业化生产；半导体电热薄膜表面电阻较高，发射率较低；高分子系电热薄膜受本身材料限制，无法制备高温导电薄膜。因此，现亟需一种电阻较小、发射率高、热效率优异，且成本低、节能环保的电热膜。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种电阻小、发射率高、热效率优异，且成本低、节能环保的电热薄膜；本专利技术的第二目的是提供该电热薄膜的制备方法。技术方案：本专利技术的SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜，质量比为0.005～0.01:1的改性碳纳米管及SnO2；其中，所述改性碳纳米管为负载金属氧化物的碳纳米管，其负载量为0.5～1:1。本专利技术通过将碳纳米管先经过改性后，再与SnO2相结合制备电热薄膜，经过改性后的碳纳米管所形成的浆料能稳定存在而少有沉淀，进而在薄膜间构建纳米桥，从而提高薄膜的电导率，增强电热薄膜的导电能力，减小电热膜的传热热阻，提高热效率。优选的，碳纳米管可为工业级多壁碳纳米管，该种碳纳米管工业生产技术成熟，价格便宜，易于实现电热膜产业化；氧化物可可为TiO2、ZnO、CuO、Fe2O3或In2O3。本专利技术制备SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜的方法，包括如下步骤：(1)碳纳米管改性：配制质量浓度为4.25～8.5％的金属盐溶液，加入碳纳米管，在70～90℃条件下反应0.5～1.5h，离心、烘干、焙烧后，制得改性碳纳米管；(2)制备电热薄膜：配制含锡溶液，按质量比加入改性碳纳米管混匀制得电热薄膜前驱液，将基板浸入该前驱液中制得复合电热薄膜；其中，所述电热薄膜前驱液中锡元素的浓度为0.4～1mol/L。本专利技术在制备时通过先负载金属氧化物制得改性碳纳米管，能够实现碳纳米管在锡溶液中稳定分散，改性后的碳纳米管在电热薄膜中增加导电通路，提供电子物质，增大载流子浓度，且该方法制备薄膜硬度高，电热性能稳定，操作简单，成本低，易于实现工业化生产。进一步说，步骤(1)中，焙烧是在400～450℃条件下反应0.5～1h，随后采用稀硝酸溶液进行超声、静置，再洗涤至中性。金属盐溶液中采用的溶质可为钛酸丁酯、醋酸锌、氯化铜、氯化铁或氯化铟，采用的溶剂可为无水乙醇、蒸馏水或丙酮。再进一步说，步骤(2)中，含锡溶液中溶质可为氯化亚锡或三丁基氯化锡，可为乙醇和二甲基甲酰胺的混合溶液、甲醇或蒸馏水更进一步说，步骤(2)中，加入改性碳纳米管混匀是先超声分散20～30min后，搅拌1～1.5h。将基板浸入前，先将基板预热至450～550℃，前驱体溶液加热至沸。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该复合电热薄膜电阻较小、发射率高、热效率优异，且化学稳定性强，能够代替现有的发热电阻、热效率不佳的发热元件；其中，负载金属氧化物的改性碳纳米管能够实现碳纳米管在锡溶液中稳定分散，在电热薄膜中增加导电通路，提供电子物质，增大载流子浓度，同时在薄膜间构建了纳米桥，从而提高薄膜的电导率，增强薄膜的导电能力，减小电热薄膜的传热热阻，提高了电热薄膜的热效率；此外，该电热薄膜的制备方法简单，节能环保，能够工业化生产。附图说明图1为SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜的扫描电镜图；图2为未改性的多壁碳纳米管(MWNTs)与负载金属TiO2的多壁碳纳米管的XRD图；图3为改性碳纳米管与SnO2不同比例的复合电热膜XRD图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。本专利技术采用的原料均可从市场上购买得到。其中，碳纳米管工业级多壁碳纳米管，纯度>96％。实施例1本专利技术的SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜包括质量比为0.005:1的改性碳纳米管及SnO2。其中，改性碳纳米管为负载TiO2的多壁碳纳米管，其负载量为1:1。该电热薄膜的制备方法包括如下步骤：(1)碳纳米管除杂：取多壁碳纳米管在400℃空气氛围中焙烧1h，再放入20％稀硝酸溶液中超声30min，静置6h，随后蒸馏水过滤洗涤至中性后烘干研磨备用。本专利技术通过在空气中加热氧化多壁碳纳米管能够有效去除无定形碳等非晶态碳杂质，稀硝酸氧化并超声静置则可去除焙烧后剩余的无定形碳、催化剂颗粒等，实现对多壁碳纳米管的提纯；(2)碳纳米管改性：取4.25g钛酸丁酯加入到50ml无水乙醇中(浓度为8.5％)，再加入1g除杂后的碳纳米管混匀，在70℃条件下冷凝回流反应1h，离心、烘干、450℃焙烧2h，制得负载TiO2改性的多壁碳纳米管，此处改性碳纳米管浓度为20g/L，；(3)制备电热膜前驱液：称取21.6g的C12H27ClSn溶于100ml甲醇中，配制成混合溶液，该混合溶液中Sn的浓度为0.67mol/L；称取0.05g改性后的碳纳米管加入混合溶液中，先超声分散5min后在磁力搅拌器上搅拌10min，再超声1h后置于磁力搅拌器上搅拌1h，制得电热膜前驱液；其中，碳纳米管和C12H27ClSn的质量比为0.0023:1，相应地，碳纳米管与SnO2的质量比为0.005:1；(4)制备电热膜：将玻璃基板加热至500℃，电热膜前驱体溶液加热至沸，将基板浸入热的前驱体溶液3s提出，再于500℃条件下保温10min，重复5次后，于550℃保温20min冷却取出，制得复合电热薄膜。本专利技术的具体反应过程如下：Sn(OEt)4→SnO2+2H2O↑将该实施例制备的电热膜进行性能检测，获得的结果如下表1所示。表1实施例1制备的电热膜的性能表方块电阻/(Ω/□)发射率发热效率/％通220V电压稳定发热温度/℃850.992320±10通过表1可知，本专利技术制备的电热膜具有较高的热效率、良好的化学稳定性等优点，方块电阻小于100Ω/□，发射率达到0.9，电热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜，其特征在于：该复合电热薄膜包括质量比为0.005～0.01:1的改性碳纳米管及SnO2；其中，所述改性碳纳米管为负载金属氧化物的碳纳米管，其负载量为0.5～1:1。

【技术特征摘要】
1.一种SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜，其特征在于：该复合电热薄膜包括质量比为0.005～0.01:1的改性碳纳米管及SnO2；其中，所述改性碳纳米管为负载金属氧化物的碳纳米管，其负载量为0.5～1:1。2.根据权利要求1所述的SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜，其特征在于：所述氧化物为TiO2、ZnO、CuO、Fe2O3或In2O3。3.一种制备权利要求1所述的SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)碳纳米管改性：配制质量浓度为1～10％的金属盐溶液，加入碳纳米管，在70～90℃条件下反应0.5～1.5h，离心、烘干、焙烧后，制得改性碳纳米管；(2)制备电热薄膜：配制含锡溶液，按质量比加入改性碳纳米管混匀制得电热薄膜前驱液，将基板浸入该前驱液中制得复合电热薄膜；其中，所述电热薄膜前驱液中锡元素的浓度为0.4～1mol/L。4.根据权利要求3所述的制备SnO2/改性碳纳米管复合电热薄膜的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴其胜，董卫红，侯海军，杨子润，顾斌，黎水平，诸华军，何寿成，杨涛，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32