一种石墨烯发热膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种石墨烯发热膜及其制备方法与应用。石墨烯发热膜包含石墨烯油墨层，石墨烯油墨层包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；其中，分散介质选自低沸点溶剂，高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，助剂为纤维素类物质。采用丝网印刷法将得到的石墨烯油墨在聚酰亚胺薄膜上印制图案；将图案化的聚酰亚胺薄膜经退火处理；在图案两端贴上铜箔作为电极，用热塑性薄膜在一定温度和压力下塑封，得到石墨烯发热膜。该石墨烯发热膜由少层的石墨烯和具有长径比的导电填料构成，具有优异的电导率和高的发热效率。本发明专利技术提供的石墨烯发热膜的制备方法具有绿色环保、工艺简单、适用性广等特点，适合于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯发热膜及其制备方法与应用
本专利技术属于发热膜
，具体涉及一种石墨烯发热膜及其制备方法与应用。
技术介绍
石墨烯是由碳原子以sp2杂化方式共价键连接形成的蜂窝状结构的二维晶体材料，具有大的比表面积、优异的力学性能、高的电导率和导热系数等优点，在催化、能源及生物医疗等领域具有广阔的应用前景。近年来，石墨烯的制备技术迅猛发展，包括两种：自下而上法和自上而下法。自下而上法主要包括化学气相沉积法、碳化硅外延生长法、有机合成法、溶剂热法、化学气相沉积法和外延生长相结合的方法等。自上而下法主要包括微机械力剥离法、液相剥离法、电化学法、球磨法、氧化还原法和激光诱导法等。其中，自上而下法由于原料来源广泛、制备简单、条件温和、对设备要求低等优势而得到广泛关注。尽管如此，该方法尚存在产率低、耗时长、剥离程度有限等系列问题。传统的电阻丝发热膜，存在发热不均匀、电热转化效率低、安全隐患等缺陷，正逐步被人淘汰。新兴的石墨烯作为电和热的良导体，是制备发热膜的理想材料。它不同于电阻丝发热膜，石墨烯发热膜是以整个膜为加热面，加热更加迅速、温度更加均衡。一方面，石墨烯作为导电介质，结合粘结剂等构成电阻部分，在通电后产生热量；另一方面，石墨烯作为传热介质，在发热膜产热后能快速地将热量传递至温度不均衡部位。尽管如此，但由于石墨烯片层之间具有较强的π-π相互作用，剥离后容易发生再堆叠形成多层，从而劣化了石墨烯的性能。现有技术中，通过对石墨烯改性可以改善石墨烯再堆叠的情况，但由于改性剂的引入，隔绝了石墨烯之间的相互接触，很大程度上抑制了其导热、导电性能的发挥。因此，如何高效制备高质量的石墨烯，且避免在使用过程中发生堆叠而充分发挥石墨烯的性能仍是一个富有挑战性且有重要意义的课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种石墨烯发热膜，其包含石墨烯油墨层，优选为丝网印刷的石墨烯油墨层；所述石墨烯油墨层包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；其中，所述分散介质可以选自低沸点溶剂，例如选自沸点30-100℃的溶剂，示例性选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯和水中的至少一种；所述高长径比导电填料可以选自长径比大于1500，例如长径比介于2000-10000之间、示例性为1500、4000、8000的导电填料；例如所述高长径比导电填料可以选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和银纳米线等中的至少一种；示例性为多壁碳纳米管和/或银纳米线；所述助剂为纤维素类物质。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨层由石墨烯油墨制备得到。根据本专利技术的实施方案，以重量份计，所述石墨烯油墨中含石墨烯10-80份、助剂1-30份和高长径比导电填料0.1-10份。例如，所述石墨烯的含量为20-60份，示例性为20份、30份、50份。例如，所述助剂的含量为5-25份，示例性为5份、10份、20份。例如，所述高长径比导电填料的含量为0.5-8份、1-5份。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，石墨烯的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、30mg/mL、50mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯的层数为1-10层，例如为1-5层。根据本专利技术的实施方案，所述纤维素类物质为非离子型纤维素类物质，例如可以选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素和硝化纤维素中的至少一种，优选为乙基纤维素、羟乙基纤维素和硝化纤维素中的至少一种。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，所述助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨中，所述高长径比导电填料的质量含量为0.1-10mg/mL，例如为0.5-8mg/mL，1-5mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨的粘度为2000-15000mPa·S，例如3000-12000mPa·S，示例性为3000mPa·S、5000mPa·S、12000mPa·S。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨的制备原料包括石墨、助剂、高长径比导电填料和分散介质，所述石墨可以选自鳞片状石墨和膨胀石墨中的至少一种，例如天然鳞片状石墨或蠕虫状膨胀石墨。进一步地，所述石墨的形态为粉体，例如石墨粉的目数为80-1000目，例如200-800目，示例性为80目、300目或600目。其中，所述助剂、分散介质和高长径比导电填料均具有如上文所述的含义。进一步地，在制备原料中，助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。进一步地，在制备原料中，石墨的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、80mg/mL。根据本专利技术的实施方案，所述石墨烯油墨可以由包括下述步骤的制备方法制备得到：(S1)将石墨加入到助剂/分散介质溶液中，得到石墨分散液；(S2)对所述石墨分散液进行均质乳化剪切混合，得到预处理的石墨分散液；(S3)将所述预处理的石墨分散液加入高压微射流均质机内进行高压剥离和分散，而后加入高长径比导电填料，继续对体系进行高压剥离和分散，得到石墨烯油墨。根据本专利技术的实施方案，所述石墨、助剂、分散介质和高长径比导电填料均具有如上文所述的含义。根据本专利技术的实施方案，步骤(S1)中，所述助剂/分散介质溶液中，助剂的含量为1-30mg/mL，例如5-25mg/mL，示例性为5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL。根据本专利技术的实施方案，步骤(S1)中，所述石墨分散液中，石墨的含量为10-80mg/mL，例如20-60mg/mL，示例性为20mg/mL、30mg/mL、50mg/mL。根据本专利技术的实施方案，步骤(S2)中，所述剪切混合的转速为500-10000rpm，例如1000-6000rpm，示例性为500rpm、5000rpm或10000rpm。进一步地，所述剪切混合的时间为30-180分钟，例如40-100分钟，示例性为30分钟或60分钟。根据本专利技术的实施方案，步骤(S3)中，对预处理的石墨分散液的高压剥离和分散过程可以包括：先将预处理的石墨分散液通过200-450μm喷嘴循环5-20次，压强为2000-15000psi；再将其以流速150-800m/s(示例性为150m/s、300m/s、800m/s)通过100-200μm喷嘴循环5-40次，压强为15000-35000psi。例如，先将预处理的石墨分散液通过250-400μm喷嘴(示例性为250μm喷嘴、300μm喷嘴或400μm喷嘴)循环5-15次(示例性循环5次、10次或15次)，压强为3000-10000psi(示例性为3000psi、5000psi、6000psi、8000psi或10000psi)；再将其通过100-200μm喷嘴(示例性为100μm喷嘴、150μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯发热膜包含石墨烯油墨层，所述石墨烯油墨层包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；/n其中，所述分散介质选自低沸点溶剂，所述高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，所述助剂为纤维素类物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯发热膜包含石墨烯油墨层，所述石墨烯油墨层包含：石墨烯、助剂、高长径比导电填料和分散介质；
其中，所述分散介质选自低沸点溶剂，所述高长径比导电填料选自长径比大于1500的导电填料，所述助剂为纤维素类物质。


2.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述分散介质选自沸点30-100℃的溶剂，优选为甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯和水中的至少一种；
优选地，所述高长径比导电填料选自长径比介于2000-10000之间的导电填料；优选地，所述高长径比导电填料选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和银纳米线中的至少一种；
优选地，所述纤维素类物质为非离子型纤维素类物质，优选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟甲基纤维素和硝化纤维素中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯油墨层由石墨烯油墨制备得到；
优选地，以重量份计，所述石墨烯油墨中含石墨烯10-80份、助剂1-30份和高长径比导电填料0.1-10份；
优选地，所述石墨烯的层数为1-10层，例如为1-5层。
优选地，所述石墨烯油墨中，所述助剂的含量为1-30mg/mL；
优选地，所述石墨烯油墨中，所述高长径比导电填料的质量含量为0.1-10mg/mL；
优选地，所述石墨烯油墨的粘度为2000-15000mPa·S。


4.根据权利要求3所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯油墨的制备原料包括石墨、助剂、高长径比导电填料和分散介质，所述石墨选自鳞片状石墨和膨胀石墨中的至少一种；
优选地，在制备原料中，助剂的含量为1-30mg/mL，石墨的含量为10-80mg/mL；
优选地，所述石墨烯油墨由包括下述步骤的制备方法制备得到：
(S1)将石墨加入到助剂/分散介质溶液中，得到石墨分散液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙辉，徐凌云，吴立新，张礼强，缪佳涛，张晓慧，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35