一种柔性石墨烯发热膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性石墨烯发热膜，包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，所述石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜；任一所述石墨烯发热涂层两端的底部均设有电极条，所述电极条与所述石墨烯发热涂层电连接，所述电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条；所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极载流条；所述石墨烯发热涂层为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成。本发明专利技术柔性石墨烯发热膜为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成，具有铂量子点掺杂均匀、量子点纳米尺寸均一、平均粒径小、氧化石墨烯结构稳定、石墨烯发热涂层厚度可控、方阻适宜等优势。本发明专利技术还提供了一种柔性石墨烯发热膜的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性石墨烯发热膜及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，具体涉及一种柔性石墨烯发热膜，本专利技术还涉该柔性石墨烯发热膜的制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子通过sp2杂化轨道形成六角形呈蜂巢晶格结构且只有一层碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯的独特结构赋予其众多优异特性，如高理论比表面积(2630m2/g)、超高电子迁移率(～200000cm2/v.s)、高热导率(5000W/m.K)、高杨氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。凭其结构和性能优势，石墨烯在能源存储与转换器件、纳米电子器件、多功能传感器、柔性可穿戴电子、电磁屏蔽、防腐等领域均有巨大应用前景。鉴于石墨烯的柔性和导电特性，将石墨烯浆体加入到油墨中制备出一种导电油墨，进一步通过油墨喷涂、干燥制备成柔性石墨烯发热层，制成石墨烯发热体，具有生产过程快速、用料省、成本低等特点。随着人们对美好和健康生活的向往，改进传统的供暖系统，寻找更加经济、清洁的替代能源，发展新型的绿色低碳供暖系统刻不容缓。基于石墨烯红外发射性能的电加热取暖技术即石墨烯基红外发热油墨及其红外发热体技术为解决上述问题提供了行之有效的解决方案。与传统的燃煤、蒸汽、热风和电阻等取暖方法相比，石墨烯加热具有加热速度快、电-热转化率高、自动控温、分区控制、加热稳定、加热过程无异响、运行费用低、加热相对均匀、占地面积小、投资与生产费用低、使用寿命长和工作效率高等诸多优点，更有利于推广应用。用它代替传统加热，其节电效果尤其显著，一般可节电30％左右，个别场合甚至可达60％～70％。石墨烯红外加热壁画、壁纸、地板等器件中最为核心的部分即为石墨烯加热膜。现有技术中，一般通过将石墨烯制成石墨烯浆料、油墨或涂料，再通过印刷方式制备成石墨烯发热膜等。但这些方式制备石墨烯发热膜存在厚度可控性差、方阻太大难以实际应用，石墨烯发热膜结构不稳定、柔性差、不耐弯曲和磨损、长期使用容易脆裂，另外，石墨烯发热膜可选用的印刷基材单一、使用寿命短、长期使用产热不均匀等问题也限制了石墨烯发热膜的推广应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种柔性石墨烯发热膜及其制备方法，以解决现有的发热膜存在的发热均匀性难以保证、石墨烯发热涂层与载体或者中间层之间的粘附效果不佳、易老化变质、长期使用引起“脆变”等缺陷，另外，保护层仅铺设于石墨烯层表面，抗剥离力差，耐高压击穿力差且使用寿命大打折扣等缺陷。第一方面，本专利技术提供了一种柔性石墨烯发热膜，包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，所述石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜；任一所述石墨烯发热涂层两端的底部均设有电极条，所述电极条与所述石墨烯发热涂层电连接，所述电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条；所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极载流条，所述电极载流条夹设于石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间，若干并排设置的石墨烯发热涂层均与电极载流条电连接；任一所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极连接段，所述电极连接段夹设于石墨烯发热涂层与电极载流条之间，并排设置的石墨烯发热涂层均通过电极连接段与电极载流条电连接；所述石墨烯发热涂层为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成。优选的，所述载体与石墨烯发热涂层之间还设置有第一绝缘层、金属箔层及第二绝缘层；所述金属箔层设于第一绝缘层与第二绝缘层之间，所述第一绝缘层设于载体与金属箔层之间以用于连接载体与金属箔层，所述第二绝缘层设于金属箔层与石墨烯发热涂层之间以用于连接金属箔层与石墨烯发热涂层。优选的，所述石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间还设置有蓄热缓释层；所述载体为改性PET薄膜，所述高分子绝缘膜为PET薄膜，所述PET薄膜表面涂覆气相氧化铝，所述第一绝缘层及第二绝缘层均为聚酰亚胺薄膜层。优选的，任一所述石墨烯发热涂层的两端均开设有多个均匀分布的方孔。优选的，金属箔层为铝箔层或者银箔层。优选的，所述石墨烯发热涂层的宽度为100-180mm。优选的，所述电极连接段的宽度为3-30mm。优选的，电极载流条的材质为导电铜箔。本专利技术柔性石墨烯发热膜设置为多条矩形面状涂覆于载体上，有利于石墨烯发热涂层的厚度均匀性，达到稳定的石墨烯发热阻抗，从而提高石墨烯远红外法向发射率和电热辐射转化效率。石墨烯发热涂层的两端底部设置电极条，且电极条与载体间设置石墨烯条，可有效阻隔电极条与载体的直接接触，防止两者间的硫化反应，从而延长产品的使用寿命。相邻石墨烯发热涂层间设置电极连接段，将每条石墨烯发热涂层并排连接成一个整体，后端工序可根据不同产品长度任意裁剪，达到一膜多用。本专利技术柔性石墨烯发热膜每条石墨烯发热涂层的两端均开设有多个均匀分布的方孔，可在生产过程中把每段石墨烯发热涂层的阻抗在标准范围内，同时增加石墨烯发热涂层与电极载流条和银电极之间的接触面，安全载流更可靠。石墨烯发热涂层和电极连接段的上表面设置电极载流条，可提高石墨烯发热膜两端负载力，在标准功率范围内，增加石墨烯发热膜电极端的安全载流量，提高产品的安全性。高分子绝缘膜通过热覆合于电极载流条和石墨烯发热涂层上表面，使其具有强的抗剥离力，耐高压击穿，同时也延长产品的使用寿命。本专利技术选用铂量子点掺杂的原因在于：铂量子点的物理稳定性较好，能够较好的分散于油墨并保持导电油墨优良的导电性能，况且铂量子点的化学性能稳定，不容易与环境中的其它化学物质发生反应，长时间保持铂量子点的量子点效应，不至于因环境变化导致量子效应湮灭；对于申请人而言，铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨的制备过程相对成熟，容易控制产品质量。最关键的是，铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨取得了预料不到的技术效果：铂量子点均匀掺杂进石墨烯片层，有效地促进了石墨烯片层的分散，同时借助于铂量子点的量子填充效应、表面空间位阻效应等因素，提升了石墨烯的结构稳定性、化学稳定性，提升了导电油墨及使用该导电油墨的加热装置的结构、方阻稳定性等。本专利技术柔性石墨烯发热膜为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成，一方面，铂量子点能够充分掺杂进石墨烯片层结构之间，具有辅助多层石墨烯片层分散形成少层石墨烯片层的作用，同时还能防止铂量子点团聚；另一方面，分散的少层石墨烯片层具有更大的比表面积，能够与铂量子点实现更加彻底的掺杂，氧化石墨烯表面能加强与油墨中的其它组分进行反应，加强石墨烯发热涂层整体的稳定性，充分掺杂的铂量子点掺杂石墨烯具有优越的电子传导性能。本专利技术柔性石墨烯发热膜具有铂量子点掺杂均匀、量子点纳米尺寸均一、平均粒径小、氧化石墨烯结构稳定、石墨烯发热涂层厚度可控、方阻适宜等优势。本专利技术的石墨烯发热膜具有远红外发热理疗作用，其石墨烯发热涂层导电加热后能发出4-16µm的远红外光波，应用于人体身体护理，冬季采暖，各传统行业转型升级等；远红外光波与人体内细胞分子运动频率接近，渗入体内之后，便会引起人体细胞的原子和分子的共振，透过共鸣吸收，分子之间震动摩擦生热形成热反应，使得毛细血管扩张，加速血液循环，以达到活化细胞，促进血液循环，加快新陈代谢，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性石墨烯发热膜，其特征在于，包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，所述石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜；/n任一所述石墨烯发热涂层两端的底部均设有电极条，所述电极条与所述石墨烯发热涂层电连接，所述电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条；/n所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极载流条，所述电极载流条夹设于石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间，若干并排设置的石墨烯发热涂层均与电极载流条电连接；/n任一所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极连接段，所述电极连接段夹设于石墨烯发热涂层与电极载流条之间，并排设置的石墨烯发热涂层均通过电极连接段与电极载流条电连接；/n所述石墨烯发热涂层为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性石墨烯发热膜，其特征在于，包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，所述石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜；
任一所述石墨烯发热涂层两端的底部均设有电极条，所述电极条与所述石墨烯发热涂层电连接，所述电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条；
所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极载流条，所述电极载流条夹设于石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间，若干并排设置的石墨烯发热涂层均与电极载流条电连接；
任一所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极连接段，所述电极连接段夹设于石墨烯发热涂层与电极载流条之间，并排设置的石墨烯发热涂层均通过电极连接段与电极载流条电连接；
所述石墨烯发热涂层为铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨制成。


2.如权利要求1所述的柔性石墨烯发热膜，其特征在于，所述载体与石墨烯发热涂层之间还设置有第一绝缘层、金属箔层及第二绝缘层；
所述金属箔层设于第一绝缘层与第二绝缘层之间，所述第一绝缘层设于载体与金属箔层之间以用于连接载体与金属箔层，所述第二绝缘层设于金属箔层与石墨烯发热涂层之间以用于连接金属箔层与石墨烯发热涂层。


3.如权利要求2所述的柔性石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间还设置有蓄热缓释层；
所述载体为改性PET薄膜，所述高分子绝缘膜为PET薄膜，所述PET薄膜表面涂覆气相氧化铝，所述第一绝缘层及第二绝缘层均为聚酰亚胺薄膜层。


4.一种柔性石墨烯发热膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供载体，先在载体的两端印刷石墨烯浆体，继续在石墨烯浆体上铺设电极条，固化后分别制得石墨烯条和电极条；
通过刮涂、旋涂、直写、网印或者喷墨打印在设有石墨烯条和电极条的载体上布置铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨，固化后得到石墨烯发热涂层；
在所述石墨烯发热涂层的两端设置电极连接段和电极载流条，其中，一对所述电极连接段分别设于一石墨烯发热涂层的两端并与所述一石墨烯发热涂层电连接，一对电极载流条分别设于石墨烯发热涂层的两端，其中一个电极载流条与石墨烯发热涂层一端的全部电极连接段电连接，另一个电极载流条与石墨烯发热涂层另一端的全部电极连接段电连接；
在所述石墨烯发热涂层上及电极载流条上热压覆合高分子绝缘膜，所述电极载流条内嵌于高分子绝缘膜，制得柔性石墨烯发热膜。


5.如权利要求4所述的柔性石墨烯发热膜的制备方法，其特征在于，所述铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨的制备方法，按重量份计，包括以下步骤：
制备氧化石墨烯丙酮分散液：提供石墨粉，采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯，经离心、丙酮重悬制得氧化石墨烯丙酮分散液；
制备铂量子点掺杂石墨烯分散液：向氧化石墨烯丙酮分散液中添加杂多酸，搅拌混匀后离心收集第一沉淀物并干燥，第一沉淀物用丙酮重悬并加入乙酰丙酮铂，再次搅拌混匀后离心收集第二沉淀物并干燥，将第二沉淀物置于氢气环境进行还原制得铂量子点掺杂石墨烯，乙醇重悬制得铂量子点掺杂石墨烯分散液；
制备铂量子点掺杂石墨烯-炭黑色浆：取50～250份第一分散剂并搅拌，向第一分散剂中缓慢加入15～40份铂量子点掺杂石墨烯分散液及5～25份导电炭黑，得到铂量子点掺杂石墨烯-炭黑色浆；
制备树脂浆体：取50～250份第一分散剂并搅拌，向第一分散剂中缓慢加入5～20份剥离树脂，制得树脂浆体；
制备铂量子点掺杂石墨烯基混合液：分别将树脂浆体及50～200份第二分散剂缓慢滴加到搅拌的铂量子点掺杂石墨烯-炭黑色浆中，滴加完成后将混合液转移至70～100℃的高压反应釜中，反应0.5～2h后自然冷却，反应过程中持续搅拌，制得铂量子点掺杂石墨烯基混合液；
制备铂量子点...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立刚，叶德林，胡柱东，彭令，曾垂彬，孔金波，刘秋明，马宇飞，
申请(专利权)人：广东康烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44