一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜及其制备方法，负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯通过水热法制备，石墨烯由于被钴掺杂的纳米氧化锰纳米颗粒包覆，因而不容易团聚，具有良好的分散性好。负载有钴掺杂的纳米氧化锰的石墨烯形成的电加热膜由于钴掺杂的纳米氧化锰颗粒和石墨烯界面的存在，从而增加了界面散射，提高了发热效率。同时，氧化锰经钴掺杂后提高了远红外发射性能，因此，产生的热量更容易通过辐射方式发散到空间，具有良好的远红外加热的功能，提高了热量的传播速度。本发明专利技术提高石墨烯的分散性，进一步提高了电加热膜的加热效率。

A graphene electrothermal film loaded with cobalt doped manganese oxide nanoparticles and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜及其制备方法
本专利技术属于电发热材料
，具体涉及一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜及其制备方法，具体为在石墨烯表面负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒作为成膜填料，具有良好的热产生性能和远红外辐射性能。
技术介绍
石墨烯地暖是一种将电能转化为热能的方法，具有电热利用率高、静音、使用寿命长，比电热丝取暖和空调取暖性能更优，是一种环保型采暖方式。然而，目前石墨烯地暖还有待改进的地方。采用化学法制备氧化石墨烯相对价格昂贵，不利于大量的应用；石墨烯具有非常大的比表面，石墨烯极其容易团聚；石墨烯和有机的树脂等结合不好，因而在石墨烯使用之前需要进行表面改性处理，从而提高了产品的成本。石墨烯的导电性能太好，阻抗太小，电热产生的效率不高。石墨烯的远红外性能并不高，因此，在有的石墨烯地暖需要加入远红外发射剂。目前的远红外发射剂大部分的是陶瓷，主要在较高的温度下才发射远红外线。因而开发低温下的远红外发射剂才能有效将热地热膜产生的热量辐射出去。氧化物纳米颗粒具有良好的红外辐射功能，因此，在电热膜浆料中添加纳米氧化物颗粒是一种解决的办法。但是直接在浆料中加入纳米氧化物同样容易产生团聚。同时，也容易造成膜层中石墨烯与纳米颗粒的分布不均匀，从而对膜层的性能造成影响。故，本专利技术提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的以上缺点，本专利技术提出一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜及其制备方法，采用钴掺杂氧化锰包覆多层石墨烯复合材料作为电热膜主要填料，由于钴掺杂的纳米氧化锰颗粒和石墨烯界面的存在，从而增加了界面散射，提高了发热效率。为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜，该电发热膜采用钴掺杂氧化锰包覆多层石墨烯复合材料作为电热膜填料。一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜的制备方法，包括以下步骤：步骤S10:制备负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯粉体；步骤S20:制备发热膜浆料，该发热膜浆料配比为：5重量份步骤S1制备的石墨烯粉体，3重量份的聚偏氟乙烯和2重量份的N-甲基吡咯烷酮，并搅拌均匀；步骤S30:采用丝网印刷的方法将浆料均匀涂覆于PET膜，在70度下自然干燥后固化形成厚度为0.01-0.1mm的负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜；其中，PET膜的背面涂覆有铝膜作为红外反射层；步骤S40:利用热压贴合法将上层绝缘材料贴合在步骤S30制备的发热膜上，形成绝缘材料-发热膜-绝缘材料-红外反射层复合电加热膜结构；其中，步骤S10进一步包括：步骤S10.1：量取体积比为7:3～9:1的DMF和去离子水，混合均匀后作为混合溶剂A；步骤S10.2:称取膨胀石墨，加入到混合溶剂A中，超声1小时后获得多层石墨烯分散液C，膨胀石墨相对溶剂A的浓度为1-2g/L；步骤S10.3:称取醋酸钴加入到C溶液中，醋酸钴相对于A溶剂的浓度为0.05～0.15mol/L；称取醋酸锰加入到C溶液中，醋酸锰相对于A溶剂的浓度为0.3-0.4mol/L；将C溶液倒入水热罐，120度水热反应2小时；步骤S10.4:C溶液冷却后进行离心清洗，离心清洗采用3次去离子水，3次酒精离心清洗；洗后放置烘箱中60℃干燥24小时，得到负载掺杂钴的纳米氧化锰的石墨烯粉末D。作为进一步的改进方案，钴掺杂的氧化锰纳米颗粒尺寸为10纳米。作为进一步的改进方案，在步骤S10中，石墨烯表面被钴掺杂氧化锰纳米颗粒包覆。与现有技术相比较，本专利技术通过以上技术方案达到如下有益的效果：1、石墨烯由于被纳米颗粒隔离，因而不容易团聚，从而分散性好，在配制油墨时不需要添加分散剂。2、采用PVDF具有良好的耐候性，具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐候性、耐射线辐射性能外。3、吸附于石墨烯表面的掺钴氧化锰纳米颗粒和石墨烯有界面存在，从而有界面阻抗的存在，从而能产生更多的热量。4、电热膜中掺钴氧化锰纳米颗粒具有良好的远红外发射性能，可将热量有效地以远红外的方式辐射到空间。5、掺钴氧化锰纳米颗粒与石墨烯直接接触，能将在石墨烯上产生的热，界面上产生的热及自身产生的热量快速辐射。6、材料的红外辐射是因为其粒子振动引起偶极矩变化而产生的。所以在氧化锰纳米颗粒中掺入钴，氧化锰内部的粒子振动时对称性降低，偶极矩的变化就越大，提高了红外辐射强度。附图说明图1为本专利技术实施例1负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜的制备方法的步骤流程图；图2为制备负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯的步骤流程图；图3为电热膜中石墨烯表面负载的掺钴氧化锰纳米颗粒的SEM图；图4为本专利技术专利的电加热膜结构示意图。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的技术方案作进一步说明。参见图1-2，所示为本专利技术一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜的制备流程图，具体的方法与步骤如下：该方法包括如下步骤：(1)制备负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯。(1.1)将石墨烯放入DMF和水混合溶剂超声1小时；(1.2)放入称量好的醋酸钴、醋酸锰，常温下搅拌5分钟后，然后将混合液倒入水热罐，120度水热反应2小时；(1.3)冷却后进行去离子水和酒精各三次离心清洗后在60度烘箱中烘干样品，并手工研磨分散开。得到负载掺杂钴的纳米氧化锰的石墨烯粉末。其中DMF和水的体积比为7:3～9:1。氧化钴在溶剂的浓度为0.05～0.15mol/L，醋酸锰在溶剂中的浓度为0.3-0.4mol/L，石墨烯在溶剂中的浓度为1～2g/L。(2)制备发热膜浆料，称取5重量份的负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯粉末，3重量份的粘结剂和2重量份的稀释剂。其中粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，稀释剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀。(3)采用刮涂将浆料均匀涂覆于PET膜，PET膜的背面涂覆有铝膜，铝膜具有反射红外线的作用。自然干燥后在70度下固化形成发热膜。得到厚度为0.01-0.1mm的负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜。(4)利用热压贴合法将上层绝缘材料贴合在涂有导电浆料的底层绝缘材料上，形成绝缘材料-发热膜-绝缘材-红外反射层复合结构的电加热膜。在上述技术方案，1、采用超声法获得多层石墨烯作为导电粉体，并在多层石墨烯表面均匀包覆一层钴掺杂氧化锰颗粒作为电热膜的主要填充材料。2、与现有的单独采用石墨烯作为填料相比，采用的石墨烯复合粉体材料的分散性更好，不易团聚。3、在达到同时添加石墨烯与纳米颗粒的同时，提高了两者在涂料中的分散性、均匀性，使制备的电热膜在各处的电导率相同，可以提高电热膜的使用效率。4、钴掺杂氧化锰纳米颗粒与石墨烯之间形成了良好的界面，从而提高材料对电子的散射作用，提高电热转换效率。5、石墨烯与钴掺杂氧化锰的存在及相互作用，可以提高红外发射效率。6、钴离子的半径与Mn离子相近，可部分取代锰进入尖晶石晶格，使晶格畸变并增加杂质能级，从而改善红外辐射性能，而且这两种离子的八面体占位能相差较大，混合掺杂将有利于红外发射率的提高。7、在氧化锰的晶格中引入钴杂质，使其晶格周期性破坏，使微晶粒成细密分布，在局部形成多种杂质能级。一方面利用杂质吸收效应和自由载流子的增加，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜，其特征在于，该电发热膜采用钴掺杂氧化锰包覆多层石墨烯复合材料作为电热膜填料。

【技术特征摘要】
1.一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜，其特征在于，该电发热膜采用钴掺杂氧化锰包覆多层石墨烯复合材料作为电热膜填料。2.一种负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10:制备负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯粉体；步骤S20:制备发热膜浆料，该发热膜浆料配比为：5重量份步骤S1制备的石墨烯粉体，3重量份的聚偏氟乙烯和2重量份的N-甲基吡咯烷酮，并搅拌均匀；步骤S30:采用丝网印刷的方法将浆料均匀涂覆于PET膜，在70度下自然干燥后固化形成厚度为0.01-0.1mm的负载钴掺杂氧化锰纳米颗粒的石墨烯电发热膜；其中，PET膜的背面涂覆有铝膜作为红外反射层；步骤S40:利用热压贴合法将上层绝缘材料贴合在步骤S30制备的发热膜上，形成绝缘材料-发热膜-绝缘材料-红外反射层复合电加热膜结构；其中，步骤S10进一步包括：步骤S10.1：量取体积比为7:3～9:1的D...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐军明，赵炜翔，章林娟，杨成明，李苗，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33