一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置及测量方法，属于石墨烯薄电热特性测量技术领域，解决了现有测量装置难以精确测量辐射传热占比的问题。本发明专利技术的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压；测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，测试系统包括电热特性测温室，电热特性测温室设有热电偶；数据收集与处理系统用于收集测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。本发明专利技术实现了石墨烯薄电热特性的精确测量。

A Device for Measuring the Electrothermal Characteristics of Graphene Thin Film Electrothermal Materials and Its Measuring Method

The invention relates to a device for measuring the electrothermal characteristics of graphene thin film electrothermal materials and a measuring method, belonging to the technical field of measuring the thin electrothermal characteristics of graphene, which solves the problem that the existing measuring devices are difficult to accurately measure the proportion of radiation heat transfer. The device for measuring the electrothermal characteristics of graphene film electrothermal materials includes an electrical control system, a test system and a data collection and processing system; an electrical control system is used to output a constant current or voltage; a test system is used to obtain the current, voltage and temperature information of graphene film samples; a test system includes a greenhouse for measuring the electrothermal characteristics and a greenhouse for measuring the electrothermal characteristics. There are thermocouples; the data collection and processing system is used to collect and process the current, voltage and temperature information obtained by the testing system, and to obtain the electrothermal characteristics data of graphene thin film electrothermal materials. The invention realizes the accurate measurement of the thin electrothermal characteristics of graphene.

【技术实现步骤摘要】
一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置及测量方法
本专利技术涉及石墨烯电热特性测量
，尤其涉及一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置及测量方法。
技术介绍
石墨烯是一种新型碳材料，石墨烯材料具有优异的导电性、导热性，无缺陷单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK。石墨烯是目前已知的最薄的材料，具有优异的机械性能(其理论杨氏模量达1.0TPa，拉伸强度为130GPa)，理论比表面积大(高达2630m2/g)，载流子迁移率快(200000cm2/(V.s))等优异的理化性质，目前研究领域主要集中于复合材料，电池电极，超级电容器，储能材料，催化剂，薄膜材料等领域。传统的电热材料分为金属材料和陶瓷材料两大类，金属材料的电热材料价格便宜，易于加工，但同时也存在密度大，硬度高，不耐腐蚀，制备工艺不环保等缺点。陶瓷材料升温速度慢，且拥有很大的脆性。新型电热材料是含有或以各种纳米材料，尤其以各种碳纳米材料为主要成分的电热材料。相比较于金属电阻丝，碳纳米材料具有来源广泛且环保，超轻的重量，相比较于陶瓷材料，碳纳米材料升温迅速，柔韧性良好。而且，以各种碳纳米材料，如碳纳米管，石墨烯等制备的电热材料还具有更低的启动电压，更高的电热转换效率以及辐射传热占比。在电热转化过程，由于材料自身的特性，部分电能转化成内能存储，其余部分通过热传递的方式向外传递。在热传递过程中，有两种主要的方式：其一，加热时，膜层表面温度升高，并将传递热量到空气中，于是在空气中形成一个由于自身温度的不同而引起的流动，称为自然对流，是传统材料热传递的主要方式。其二，碳材料在电场中还能被激发产生波长在8-14μm的电磁波，即远红外线，通过热辐射的方式传递能量。热辐射和可见光一样属于电磁波，与物体的相互作用也包括吸收、反射和穿透。对固体和液体而言，辐射的吸收和反射发生在物体表面，不涉及到物体的内部。因此物体表面状况对这些辐射特性的影响是至关重要的。而对于气体，辐射的吸收和穿透则在整个气体容积中进行。此外，远红外线具有极强的穿透效果，可以穿过塑料、玻璃、及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收。由于电热转化过程及热传递过程的这些特性，尤其是远红外线的穿透及吸收特性，使得材料的电热特性测试难度倍增。此外，目前已有专门的光学检测设备来检测新型电热材料传热过程中产生的远红外电磁波的波长，但此法仅能知道辐射的电磁波的波长范围及相对强度，测量结果准确度低、可靠性差，不能得到远红外辐射在传热过程中的占比，也不能模拟不同的工作环境。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置及测量方法，用以解决现有测量装置难以精确测量辐射传热占比的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面提供一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压；测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，测试系统包括电热特性测温室，电热特性测温室设有热电偶；数据收集与处理系统用于收集测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。进一步地，电热特性测温室的外表面设有隔绝电热特性测温室内外热交换的绝热材料层。进一步地，绝热材料层的内表面设有热辐射反射涂层，用以阻止测试时薄膜层试样产生的热辐射向外传递。进一步地，热辐射反射涂层为银涂层。进一步地，电热特性测温室包括顶面、侧面和底面，薄膜层试样设于底面。进一步地，顶面、侧面、底面和距底面一定距离的空间内均设有一组热电偶，薄膜层试样均匀设有四组热电偶。进一步地，数据收集与处理系统包括温度巡检仪和控制与处理单元，温度巡检仪用于记录电热偶的实时温度，控制与处理单元用于实时显示电流、电压、温度信息。进一步地，温度巡检仪与热电偶连接，温度巡检仪能够同时记录热电偶的测温点的实时温度。进一步地，薄膜层试样设有受热物体，受热物体为电热特性测温室内空气或者液态流体。进一步地，电气控制系统和数据收集与处理系统分别设有电流表和电压表。另一方面，还提供一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的方法，利用上述测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置进行测量，包括以下步骤：步骤一：布置电热特性测温室，选择受热物体，将薄膜层试样放入电热特性测温室中，选择热电偶的数量并按实验要求布置；步骤二：连通电路，开始实验测试；升温规定时间后断开电路，降温规定时间，获得实验过程中薄膜层试样的电压、电流和测温点温度；步骤三：处理薄膜层试样的电压、电流和测温点温度数据，获得薄膜层试样的电热参数。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果之一：a)本专利技术提供的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，电热特性测温室外表面设有隔绝电热特性测温室内外的热交换的绝热材料层，所述绝热材料层的内表面设有热辐射反射涂层，此结构的电热特性测温室不仅可以隔绝电热特性测温室空间内外的热对流，而且最大限度地降低薄膜层试样在加热过程中产生的热辐射的对外传递，精确测量传热过程中的辐射传热占比，操作简单快捷，测试结果更加精确、可靠。b)本专利技术提供的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，可通过调整电热特性测温室的材料组成以及受热物体的材质，更加精确的测量石墨烯薄膜电热材料在不同的工作环境所表现出的电热特性，具有广泛的应用性，并通过热电偶的布置和温度巡检仪的记录以及控制与处理单元实时监测不同位置的温度变化，简单、快捷、精确地测量辐射传热占比，进而通过比较电压，电流，初始升温速率、升温时间、平均升温速率，电热转化效率、综合散热系数、辐射传热占比等电热特性参数来评价材料电热性能的好坏。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为实施例中的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性装置的结构示意图；图2为实施例中的热电偶及石墨烯薄层试样在电热特性测温室中的布置示意图；图3为实施例中石墨烯薄膜层试样上热电偶的布置示意图。附图标记：1-电气控制系统；2-测试系统、21-电热特性测温室；22-顶面；23-侧面；24-底面；25-薄膜层试样；26-热电偶；27-；第一接口；28-第二接口；3-数据收集与处理系统。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个具体实施例，如图1至图3所示，公开了一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，包括电气控制系统1、测试系统2和数据收集与处理系统3，电气控制系统1用于输出恒电流或者恒电压；测试系统2用于获取实验时石墨烯薄膜层试样25(以下简称“薄膜层试样25”)的电流、电压及温度信息，测试系统2包括电热特性测温室21，电热特性测温室21设有热电偶26；数据收集与处理系统3用于收集测试系统2获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；所述电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压；所述测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，所述测试系统包括电热特性测温室，所述电热特性测温室设有热电偶；所述数据收集与处理系统用于收集所述测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。

【技术特征摘要】
1.一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；所述电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压；所述测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，所述测试系统包括电热特性测温室，所述电热特性测温室设有热电偶；所述数据收集与处理系统用于收集所述测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。2.根据权利要求1所述的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，所述电热特性测温室的外表面设有隔绝电热特性测温室内外热交换的绝热材料层。3.根据权利要求2所述的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，所述绝热材料层的内表面设有热辐射反射涂层，用以阻止测试时薄膜层试样产生的热辐射向外传递。4.根据权利要求3所述的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，所述热辐射反射涂层为银涂层。5.根据权利要求1所述的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，所述电热特性测温室包括顶面、侧面和底面，薄膜层试样设于所述底面。6.根据权利要求5所述的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，其特征在于，所述顶面、侧面、底面和距底面一定距离的空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕东，顾宝珊，杨培燕，赵皓琦，邹卫武，牟铭，
申请(专利权)人：新冶高科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11