一种红外发射率可调的石墨烯电热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外发射率可调的石墨烯电热膜及其制备方法，涉及智能热控技术领域，所述石墨烯电热膜由弹性柔性基底和位于弹性柔性基底上的周期性石墨烯线路组成，通过机械拉伸或卷曲石墨烯电热膜来改变周期性石墨烯线路的间距，实现红外发射率的可控调节；本发明专利技术提供的石墨烯制备方法可以批量获得高品质石墨烯，制备的石墨烯电热膜具有弹性、柔性、易弯曲的特点，可实现红外发射率在0.1

【技术实现步骤摘要】
一种红外发射率可调的石墨烯电热膜及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及智能热控
，具体涉及一种红外发射率可调的石墨烯电热膜及其制备方法。

技术介绍
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[0002]所有温度在绝对零度以上的物质都会发射出红外波，红外波的强度取决于表面材料的温度(T)和红外发射率(ε)。红外发射目前被广泛应用在智能热控、红外隐身、健康理疗等众多领域。由于热循环通常较慢，单纯的温度控制已不能满足红外发射性能调控的需求。因此，红外发射率(ε)的可控调节在实际应用中具有重要意义。近年来，人们发现红外发射率可以通过表面结构的设计、载流子密度的控制或外部刺激的相变来实现原位调制。这些结果表明，适当调整表面材料结构是一种有效的红外发射调制方法。然而这些材料通常是在刚性衬底上，调节范围相当有限，具有可调节红外发射率的柔性材料是实际应用中所亟需的。
[0003]石墨烯是一种碳原子以sp2杂化连接所构成的单层二维蜂窝状材料，这种特殊的晶体结构赋予了石墨烯在光学、电学、力学等方面众多优异的性能：
①
石墨烯是已知强度最高的材料之一，其理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa；
②
石墨烯在室温下具有最高的载流子迁移率，约为15000cm2/(V
·
s)；
③
纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是迄今为止导热系数最高的材料。因此，石墨烯具有非常广泛的应用前景。
[0004]将石墨烯应用在红外发射领域，优势如下：
①
高热稳定性，耐温可达900℃；
②
面状发热，辐射热量分布均匀；
③
柔韧、轻质、低密度(1g/cm3)；
④
健康舒适，红外发射波长在1
‑
18μm，有益身体健康。
[0005]为了调节石墨烯的红外发射率，人们已经做了一定的研究，例如调控石墨烯的层数、采用掺杂或插层的方法调控石墨烯的结构(Nanomaterials(Basel).2019Aug；9(8):1096.)。但这些方法通常较为繁琐，既需要复杂而昂贵的试剂或操作步骤，又会对石墨烯本身的结构造成破坏。并且，这些方法通常难以做到红外发射率的精确调节以及可逆调节。

技术实现思路
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[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种红外发射率可调的石墨烯电热膜及其制备方法，制备得到的石墨烯电热膜具有弹性、柔性、红外发射率可调的特点，可以通过简单的机械拉伸或卷曲控制石墨烯线路的周期性，实现红外发射率简便的精确调节和可逆调节。
[0007]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0008]本专利技术提供了一种红外发射率可调的石墨烯电热膜，由弹性柔性基底和位于弹性柔性基底上的周期性石墨烯线路组成，通过机械拉伸或卷曲石墨烯电热膜来改变周期性石墨烯线路的间距，实现红外发射率的可控调节。
[0009]所述石墨烯电热膜在1μm到18μm波段的红外发射率在0.1到0.9之间可调。
[0010]所述周期性石墨烯线路由激光直写技术在含碳基底上诱导制备而成。
[0011]所述周期性石墨烯线路的间距为1nm～1mm，宽度为5nm～200μm。
[0012]本专利技术还提供了一种红外发射率可调的石墨烯电热膜的制备方法，按以下步骤进行：
[0013](1)选取含碳基底作为前驱体，经激光诱导后形成石墨烯薄膜；
[0014](2)选取弹性柔性材料作为基底，在弹性柔性材料表面均匀涂敷一层胶；
[0015](3)将步骤(1)中的石墨烯薄膜与步骤(2)中的弹性柔性材料复合，在弹性柔性材料上形成周期性石墨烯线路；
[0016](4)通过机械剥离的方法将残余的含碳基底从步骤(3)得到的复合材料上剥离，获得以弹性柔性材料为基底的石墨烯电热膜；
[0017](5)通过机械拉伸或卷曲石墨烯电热膜来改变周期性石墨烯线路的间距，实现红外发射率的可控调节。
[0018]所述含碳基底为碳链聚合物、杂链化聚合物、脂环聚合物、芳香聚合物、人造纤维素、天然纤维素、果皮、蔬菜、动物皮毛中的一种或多种的组合。
[0019]所述激光的光源为固态激光、半导体激光、光纤激光、气体激光中的一种或多种的组合。
[0020]所述激光诱导时的调节参数包括激光功率、激光波长、激光扫描线间距、激光光斑大小、激光扫描速度中的一种或多种的组合。
[0021]所述石墨烯薄膜为单层石墨烯、多层石墨烯、单晶石墨烯、多晶石墨烯、石墨烯复合物或其组合；厚度为1nm～1mm。
[0022]所述弹性柔性材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、氯丁橡胶、丁烯橡胶、热塑性合成橡胶、氯醇橡胶、布、人造皮革、动物皮革中的一种或多种的组合；弹性柔性材料的厚度为10～1000μm。
[0023]所述胶为热熔胶、聚酰亚胺胶、酚醛树脂胶、耐热环氧胶、有机硅胶、高温无机胶中的一种或多种的组合。
[0024]所述复合方法为热压、冷压、胶合中的一种或多种的组合。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]1)本专利技术提供的石墨烯制备方法可以批量获得高品质石墨烯；
[0027]2)本专利技术制备的石墨烯电热膜具有弹性、柔性、易弯曲的特点；
[0028]3)本专利技术制备的石墨烯电热膜可实现红外发射率在0.1
‑
0.9范围内的连续可控调节；
[0029]4)本专利技术提供的石墨烯电热膜制备方法具有操作简单、原料易得、易于推广的特点。
附图说明：
[0030]图1为本专利技术石墨烯电热膜的扫面电镜照片；
[0031]图2是实施例1制备的石墨烯薄膜的扫面电镜照片；
[0032]图3是实施例1制备的石墨烯薄膜的拉曼光谱。
具体实施方式：
[0033]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本专利技术。
[0034]实施例1
[0035](1)选取聚酰亚胺薄膜作为含碳基底，将150μm厚度的聚酰亚胺薄膜暴露于10.6μm波长的CO2激光下，激光参数为功率5W，扫描线间距为100μm，激光光斑大小为1mm，激光扫描速度200mm/s，即可得到石墨烯薄膜。
[0036](2)选取聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为弹性柔性基底，通过热涂覆法在PET薄膜表面均匀涂覆一层热熔胶。
[0037](3)待PET薄膜降至室温后，将PET薄膜的热熔胶层与石墨烯薄膜放入滚轮模具中，在120℃下对材料施加1Mpa的压力，以0.125mm/s的滚动速度将二者热压复合，得到PET
‑
石墨烯复合薄膜。
[0038](4)通过机械剥离法将PET
‑
石墨烯复合薄膜表面残余的聚酰亚胺剥离，获得具有弹性柔性基底的石墨烯复合膜。
[0039](5)本实施例制备的石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外发射率可调的石墨烯电热膜，其特征在于：由弹性柔性基底和位于弹性柔性基底上的周期性石墨烯线路组成，通过机械拉伸或卷曲石墨烯电热膜来改变周期性石墨烯线路的间距，实现红外发射率的可控调节。2.如权利要求1所述的红外发射率可调的石墨烯电热膜，其特征在于：所述石墨烯电热膜在1μm到18μm波段的红外发射率在0.1到0.9之间可调。3.如权利要求1所述的红外发射率可调的石墨烯电热膜，其特征在于：所述周期性石墨烯线路由激光直写技术在含碳基底上诱导制备而成；周期性石墨烯线路的间距为1nm～1mm，宽度为5nm～200μm。4.如权利要求1或3任一项所述的红外发射率可调的石墨烯电热膜的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：(1)选取含碳基底作为前驱体，经激光诱导后形成石墨烯薄膜；(2)选取弹性柔性材料作为基底，在弹性柔性材料表面均匀涂敷一层胶；(3)将步骤(1)中的石墨烯薄膜与步骤(2)中的弹性柔性材料复合，在弹性柔性材料上形成周期性石墨烯线路；(4)通过机械剥离的方法将残余的含碳基底从步骤(3)得到的复合材料上剥离，获得以弹性柔性材料为基底的石墨烯电热膜；(5)通过机械拉伸或卷曲石墨烯电热膜来改变周期性石墨烯线路的间距，实现红外发射率的可控调节。5.如权利要求4所述的红外发射率可调的石墨烯电热膜的制备方法，其特征在于：所述含碳基底为碳链...

【专利技术属性】
技术研发人员：李年，王振洋，李钊，张淑东，刘翠，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：