一种石墨烯发热油墨、发热元件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及无机非金属材料领域，更具体地，本发明专利技术涉及一种石墨烯发热油墨、发热元件及其制备方法，按重量份计，其制备原料包括10

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯发热油墨、发热元件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及无机非金属材料领域，更具体地，本专利技术涉及一种石墨烯发热油墨、发热元件及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前主要用铁镍铬合金、银钯钌贵金属、导电碳粉等材料来制作发热材料。银钯钌等贵金属成本非常高，而铁镍铬合金、导电碳粉等在高温下易氧化分解，发热温度不能太高，不能用于高温环境。
[0003]石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯材料具有优异的电学、光学、力学性质，在生物医学、药物传递、材料学、微纳加工以及能源等方面具有重要且广阔的应用前景，是一种被认为未来革命性的材料。石墨烯的超强导电、导热性能非常适合用于制作发热材料。现在已经出现用有机树脂作为粘接剂的石墨烯浆料制成的电热膜，但是限于有机树脂的耐温性，同样无法用于高温发热场所。
[0004]因此，亟需开发一种发热油墨，可以烧结在不锈钢、玻璃、陶瓷、云母片等基材上，其能够在600℃以下长期使用，发热温度高、能耗低、长期使用衰减低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的一些问题，本专利技术第一个方面提供了一种石墨烯发热油墨，按重量份计，其制备原料包括10
‑
20份石墨烯、50
‑
60份低熔点玻璃粉、20
‑
30份有机载体；所述石墨烯发热油墨的粒径低于30μm。
[0006]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述低熔点玻璃粉包括SiO2、Al2O3、B2O3、ZnO、K2O、Na2O、MgO、ZrO2、Li2O中至少一种。
[0007]作为本专利技术的一种优选的技术方案，按重量份计，所述低熔点玻璃粉包括30
‑
45份SiO2、10
‑
20份Al2O3、20
‑
35份B2O3、5
‑
15份ZnO、5
‑
9份K2O、3
‑
8份Na2O。
[0008]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述石墨烯为1
‑
3层，D50粒径为5
‑
20μm。
[0009]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述石墨烯发热油墨的制备原料还包括2
‑
5重量份填充粉。
[0010]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述填充粉为D50粒径为5
‑
10μm的球形或类球形粉体。
[0011]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述有机载体包括水性树脂，选自水性丙烯酸树脂、水性聚酯树脂、羟乙基纤维素、聚乙二醇中一种或多种。
[0012]本专利技术第二个方面提供了一种所述石墨烯发热油墨的制备方法，包括：在搅拌的条件下，在有机载体中依次加入石墨烯发热油墨的剩余制备原料，研磨后，即得。
[0013]本专利技术第三个方面提供了一种由所述石墨烯发热油墨制备得到的发热元件。
[0014]作为本专利技术的一种优选的技术方案，所述发热元件依次包括基材层、水性绝缘材
料层、石墨烯发热油墨层、电极银浆层、包封层。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0016](1)采用本申请特定的低熔点玻璃粉，在不加入流平剂的基础上，制备的石墨烯油墨层光滑、平整。
[0017](2)本申请使用水性树脂制备石墨烯发热油墨，可减少VOC排放，降低对环境和人体健康的损害。
[0018](3)本申请采用1
‑
3层的D50粒径为7
‑
12μm的石墨烯，性能越好，电导率更高，导热性能更好，制备得到的发热元件发热效率高，升温速率快，成本相对较低。
[0019](4)本申请采用类球形的D50粒径为6
‑
8μm的填充粉，制备得到的发热元件在600℃长期使用，发热温度高，导热系数高，升温速率快，能耗低，长期使用衰减低，同时提高了涂层强度和使用寿命。
[0020](5)本申请在发热元件的制备过程中，采用500
‑
650℃的条件进行烧结，相比贵金属浆料需要850℃的烧结条件，能耗更低，节能减排效果更好。
[0021](6)相比银钯钌等贵金属浆料，石墨烯的成本低很多，性能与之相近，在高温下也不易氧化，铁镍铬合金、导电碳粉等在高温下易氧化，导致功率下降或者断路损坏，因此本申请中发热油墨应用在高温发热领域，有非常大的优势。
[0022](7)本申请发热油墨采用石墨烯作为导电相，利用在高温下烧结成膜的无机低熔点玻璃粉作为粘接材料，环保的水性树脂为有机载体，制备的发热油墨可以烧结在不锈钢、玻璃、陶瓷、云母片等基材上，使用范围广泛，在600℃以下长期使用，发热温度高、能耗低、长期使用衰减低，同时，可减少VOC排放，降低对环境和人体健康的损害。
[0023](8)本申请中低熔点玻璃粉作为无机粘接材料可耐高温，不氧化、不分解、不燃烧，可以长期高温发热不衰减，安全性更高，对比有机粘接材料高温下会分解、氧化、燃烧，且不安全，本申请低熔点玻璃粉性能优良，同时低熔点玻璃粉强度高，涂层性能好。
具体实施方式
[0024]以下通过具体实施方式说明本专利技术，但不局限于以下给出的具体实施例。
[0025]本专利技术第一个方面提供了一种石墨烯发热油墨，按重量份计，其制备原料包括10
‑
20份石墨烯、50
‑
60份低熔点玻璃粉、20
‑
30份有机载体；所述石墨烯发热油墨的粒径低于30μm。
[0026]在一种实施方式中，所述石墨烯发热油墨的制备原料还包括2
‑
5重量份填充粉。
[0027]本申请中填充粉和石墨烯发热油墨其他制备原料的重量份标准相同。
[0028]在一种优选的实施方式中，按重量份计，所述石墨烯发热油墨的制备原料包括15份石墨烯、55份低熔点玻璃粉、25份有机载体、3份填充粉。
[0029]石墨烯
[0030]石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的电学、光学、力学特性，在能源、材料学、微纳加工、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被人们认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈
·
盖姆和康斯坦丁
·
诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法
为氧化还原法、机械剥离法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。
[0031]在一种实施方式中，所述石墨烯为1
‑
3层，D50粒径为5
‑
20μm。
[0032]优选的，所述石墨烯为1
‑
3层，D50粒径为7
‑
12μm。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯发热油墨，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括10
‑
20份石墨烯、50
‑
60份低熔点玻璃粉、20
‑
30份有机载体；所述石墨烯发热油墨的粒径低于30μm。2.根据权利要求1所述石墨烯发热油墨，其特征在于，所述低熔点玻璃粉包括SiO2、Al2O3、B2O3、ZnO、K2O、Na2O、MgO、ZrO2、Li2O中至少一种。3.根据权利要求2所述石墨烯发热油墨，其特征在于，按重量份计，所述低熔点玻璃粉包括30
‑
45份SiO2、10
‑
20份Al2O3、20
‑
35份B2O3、5
‑
15份ZnO、5
‑
9份K2O、3
‑
8份Na2O。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述石墨烯发热油墨，其特征在于，所述石墨烯为1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：包石友，杨金玉，
申请(专利权)人：安米微纳新材料广州有限公司，
类型：发明
国别省市：