一种高效产热的石墨烯涂层电热针制造技术

一种高效产热的石墨烯涂层电热针，包括管状空心针体以及与之一体化的斜口针尖；空心针体外表面附着的纳米二氧化硅凝胶的绝缘隔热涂层和石墨烯涂层；穿过空心针体与石墨烯涂层构成闭合回路的绝缘导线；绝缘导线与石墨烯涂层的连接点和用于提捏的绝缘针柄；针体先后涂覆有绝缘涂层和石墨烯涂层，其产热部分为石墨烯涂层，产热效率较高，优于现有大多数电热材料；电源正负极分别通过绝缘导线连接到石墨烯涂层上下两端，电流未流经针体，产热位置精准，温度容易控制；且本发明专利技术提供的电热针结构简单，使用便利，安全可靠，且针柄隔热，不会干扰施针者精细操作。

A Graphene Coated Electrothermal Needle with High Thermal Efficiency

A graphene coated electrothermal needle with high efficiency for heat generation comprises a tubular hollow needle body and an inclined pin tip integrated with it; an insulating heat insulating coating and a graphene coating attached to the nano silica gel attached to the external surface of the hollow needle; an insulated conductor passing through the hollow needle body and the graphene coating to form a closed loop; the connection point between the insulated conductor and the graphene coating and the insulating needle used for pinching. The needle body is coated with insulating coating and graphene coating successively, and the heat producing part of the needle body is graphene coating with high heat generating efficiency, which is superior to most existing electrothermal materials; the positive and negative poles of the power supply are connected to the upper and lower ends of the graphene coating through insulating wires respectively, and the current does not flow through the needle body, the heat producing position is precise, and the temperature is easy to control; moreover, the electrothermal needle provided by the invention has simple structure and is easy to use. Convenient, safe and reliable, and heat insulation needle handle, will not interfere with the fine operation of the applicator.

【技术实现步骤摘要】
一种高效产热的石墨烯涂层电热针
本专利技术属于医疗器械
，具体涉及一种高效产热的石墨烯涂层电热针。
技术介绍
针灸是中医传承的重要组成部分，是通过针刺入人体刺激人体经络上的穴位来达到治疗的目的，是一种由外而内的治疗手段。温针针灸是针灸疗法的重要组成部分，古时候主要通过燃烧艾绒产热实现。随着电子科学的发展，温针治疗设备也不断更新，出现了一系列的电热针灸针(以下简称电热针)，目前电热针按加热特点主要分为射频型和电阻型两个种类。射频型电热针则是在针尖发出射频波使其周围组织中的离子和极性大分子振荡撞击摩擦发热，实现针体周边组织的加热。如专利CN104706419A设计了一种针灸用射频电针，在针尖构建射频输出电极发出射频电流诱导周边组织产热；专利CN105726305A设计了一种多层金属和绝缘层的同轴结构射频电热针，内金属轴心与外金属层在针尖处裸露，当针尖刺入肉体之后，两层与针尖附近的组织构成治疗回路从而产热。射频型电热针产热效率高，产热位置精确，有利于治疗的精准性，但其结构较为复杂，产热温度很难有效控制，且有高频电流流经周边组织，安全性尚有一定疑虑，在实际使用中还存在一定的限制。电阻型电热针主要是电流流过大电阻时通过焦耳定律产热，如专利CN106265060A利用空心针体自身的电阻构建回路实现针体自身的加热；专利CN2390600在空心针管内壁缠绕电阻丝实现针尖部位产热；专利CN101947187A在针柄上缠绕电阻丝，再辅以绝缘外套，通过针体将电阻丝产生的热量导入体内。相较于射频型电热针，电阻型电热针具有安全可靠，结构简单的优点，产热温度较易控制，且电阻型电热针是针体产热后再将热量传导到生物组织，更符合温针治疗的特点，能更好地替代传统温针治疗针具，但其产热效率较低，尤其是在低电压下产热能力较低，而高电压则会对人体造成一定的危害,不符合温针的要求。石墨烯是一类单碳原子构成的二维晶体材料，具有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cm2/Vs)和导热性能(5000W/mK)。其导电导热能力超过大多数金属材料，同时石墨烯具有耐腐蚀，机械性能好和密度低的优点，使其在电热材料领域具有取代金属的潜力，已在多种电热膜专利中使用。如专利CN104219797A设计了一种石墨烯超导远红外电热膜，石墨烯导电浆料为发热核心层，再辅以上下两侧的绝缘保护层组合而成的电热膜，该石墨烯电热膜具有合适的电阻率，表现出了超快的加热速率，极高的导热性能和快速散热能力，几乎没有热惯性，能迅速将热量传导到其他材料，从而实现对温度的精准控制，且产热所需电压较低，能在人体安全电压范围内使用。有鉴于此，该材料可作为一种优异的产热材料应用于电热针的设计，目前该方面尚无报道。
技术实现思路
为了克服现有电热针的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高效产热的石墨烯涂层电热针，首次以高导电导热性能的石墨烯为产热组件，通过表面沉积的方式依次将绝缘涂料，石墨烯涂料附着在针体表面，然后通过空心针针体构建回路实现石墨烯产热，具有产热效率高，加热精准性好，温度容易控制，安全性好等优点。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种高效产热的石墨烯涂层电热针，包括管状空心针体1以及与之一体化的斜口针尖5；空心针体1外表面先后附着的纳米二氧化硅凝胶的绝缘隔热涂层2和石墨烯涂层3；穿过空心针体1与石墨烯涂层3构成闭合回路的绝缘导线4；绝缘导线4与石墨烯涂层3的连接点6-1，6-2和用于提捏的绝缘针柄7。所述的空心针体1材质选自金、银或不锈钢材料，外径为0.4-0.9mm，内径为0.2-0.5mm，长度为40-100mm。所述的斜口针尖5的斜角设为9-17°。所述的绝缘隔热涂层2为纳米二氧化硅凝胶，涂层厚度为20-100μm，涂层长度为40-100mm。所述的石墨烯涂层3为产热区域，其厚度为5-100μm，涂层长度为5-95mm。所述的绝缘导线4为漆包铜丝线，直径为0.14-0.45mm。所述的绝缘隔热涂层2，是通过以下步骤实现附着：(1)空心针体1用细砂纸打磨除去杂质，然后用混合酸溶液溶蚀0.5-2分钟，所述混合酸溶液为质量分数38％浓盐酸：质量分数68％浓硝酸：水体积比＝10:1:10；(2)1重量份的纳米二氧化硅凝胶涂料与1-10重量份的水混合得到混合液，将处理后的空心针体1浸入混合液中5分钟，然后通过浸渍提拉法在针体表面形成薄膜，于80℃的烘箱中烘干5小时形成薄膜；(3)重复步骤(2)1-5次，实现不同厚度薄膜的附着，烘干后细砂纸轻轻打磨涂层。所述石墨烯涂层3，是通过以下步骤实现：(1)1重量份的石墨烯涂料与0.1-5重量份的溶剂混合，将已经附着有绝缘隔热涂层2的空心针体1浸入混合液中10分钟，空心针体1浸入深度根据所需附着的石墨烯涂层3长度决定，然后通过浸渍提拉法在针体表面形成一层薄膜，于85℃的烘箱中烘干2小时形成薄膜，保持与针柄5-10mm隔热涂层；(2)重复步骤(1)1-10次，实现不同厚度薄膜的附着，烘干后细砂纸轻轻打磨涂层；所述石墨烯涂料的组分为石墨烯，聚氨酯和甲基吡咯烷酮，三者质量比为2:3:5；所述溶剂为水，N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜，吡啶，N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺，乙二醇中的一种或多种按任意比例混合。所述绝缘导线4构成的闭合回路，其构建通过以下步骤实现：(1)负极绝缘导线4-1穿过空心针体1的针管从斜口针尖5露出，从斜口针尖5凹处折回缠绕在石墨烯涂层3上，缠绕部分绝缘导线4-1除去绝缘漆，使其与石墨烯涂层3电气相连，缠绕部分再涂上导电胶形成A连接点6-1增加其牢固性，作为电源负极接口；(2)正极绝缘导线4-2包埋在绝缘针柄7和绝缘涂层2里，沿针体向针尖延伸至靠近针柄7石墨烯涂层上并缠绕，缠绕部分B绝缘导线4-2除去绝缘漆，使其与石墨烯涂层3电气相连，缠绕部分再涂上导电胶增加其牢固性，形成B连接点6-2作为电源正极接口。本专利技术的电热针可在极小电压(0.3-2V)下实现较高温度，0.8V电压驱动下即可达到66.8±0.8℃的温度，且平衡时间较短，30秒内基本达到热平衡。而常见不锈钢电热针在相同电压下(0.8V)仅达到41.0±1.2℃，石墨烯涂层电热针明显具有更高的产热效率。与现有电热针相比，本专利技术摈弃了传统的金属产热材料，选用了具有优异导电导热性能的石墨烯材料，接通电流后石墨烯部分迅速产热，产热效率优于大多数金属材料，且针体自身不通电而不会产热。另外，本专利技术结构简单，便于大规模生产，绝缘隔热材料的使用可有效隔绝热量向针柄传递，避免影响施针者的操作，且其加热范围可通过调节石墨烯涂层的长度来实现加热区间的调整，石墨烯涂层末端则通过剔除部分绝缘涂层直接接触针体连接电源。附图说明图1为本专利技术提供的电热针的全热型结构示意图。图2为本专利技术提供的电热针的半热型结构示意图。图3A为本专利技术提供的电热针的概念图；图3B为全热型电热针实物图。图4A为本专利技术提供的电热针在不同施加电压下的时间-温度图；图4B为FLIR红外热成像仪拍摄的红外热成像图。图5为本专利技术提供的电热针与同等规格针体的产热效果对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细叙述。如图1-2所示，为本专利技术提供的电热针的结构示意图。一种高效产热的石墨烯涂层电热针，包括管状空心针体1以及与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效产热的石墨烯涂层电热针，其特征在于，包括管状空心针体(1)以及与之一体化的斜口针尖(5)；空心针体(1)外表面先后附着的纳米二氧化硅凝胶的绝缘隔热涂层(2)和石墨烯涂层(3)；穿过空心针体(1)与石墨烯涂层(3)构成闭合回路的绝缘导线(4)；绝缘导线(4)与石墨烯涂层(3)的连接点(6‑1，6‑2)和用于提捏的绝缘针柄(7)。

【技术特征摘要】
1.一种高效产热的石墨烯涂层电热针，其特征在于，包括管状空心针体(1)以及与之一体化的斜口针尖(5)；空心针体(1)外表面先后附着的纳米二氧化硅凝胶的绝缘隔热涂层(2)和石墨烯涂层(3)；穿过空心针体(1)与石墨烯涂层(3)构成闭合回路的绝缘导线(4)；绝缘导线(4)与石墨烯涂层(3)的连接点(6-1，6-2)和用于提捏的绝缘针柄(7)。2.根据权利要求1所述的一种高效产热石墨烯涂层电热针，其特征在于，所述的空心针体(1)材质选自金、银或不锈钢材料，外径为0.4-0.9mm，内径为0.2-0.5mm，长度为40-100mm。3.根据权利要求1所述的一种高效产热石墨烯涂层电热针，其特征在于，所述的斜口针尖(5)的斜角设为9-17°。4.根据权利要求1所述的一种高效产热石墨烯涂层电热针，其特征在于，所述的绝缘隔热涂层(2)为纳米二氧化硅凝胶，从空心针体1的针尖开始涂覆，涂层厚度为20-100μm，长度为40-100mm。5.根据权利要求1所述的一种高效产热的石墨烯涂层电热针，其特征在于，所述的绝缘隔热涂层(2)，是通过以下步骤实现附着：(1)空心针体(1)用细砂纸打磨除去杂质，然后用混合酸溶液溶蚀0.5-2分钟，所述混合酸溶液为质量分数38％浓盐酸：质量分数68％浓硝酸：水体积比＝10:1:10；(2)1重量份的纳米二氧化硅凝胶涂料与1-10重量份的水混合得到混合液，将处理后的空心针体(1)浸入混合液中5分钟，然后通过浸渍提拉法在针体表面形成薄膜，于烘箱中80℃干燥5小时形成薄膜；(3)重复步骤(2)1-5次，实现不同厚度薄膜的附着...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴道澄，唐鹏，肖鹏，朱红瑞，甘震海，付涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61