一种具有压力敏感特性的电热膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有压力敏感特性的电热膜及其制备方法。所述具有压力敏感特性的电热膜结构上包括下保护层、发热层、上保护层以及贴敷于发热层的电极和引出的导线。所述发热层包括如下组分：聚氨酯树脂95

【技术实现步骤摘要】
一种具有压力敏感特性的电热膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料
，涉及一种电热膜，特别涉及一种具有压力敏感特性的电热膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]黑磷是具有层堆叠蜂窝状结构的无机半导体材料，是直接带隙P型半导体，其带隙值在0.33
‑
0.39eV之间，少层黑磷具有103‑
105的电流开关比。研究表明，在垂直于磷烯平面的方向上施加压缩应力，可导致磷烯从直接带隙半导体向间接带隙半导体转变，沿磷烯法向的应变可减小其带隙宽度，实现半导体到金属的物性的转变；当应变为3.32％时，黑磷烯由直接带隙半导体变为间接带隙半导体；应变为13.35％时，黑磷烯从半导体转变为导体。研究学者基于第一性原理，计算发现了黑磷烯的带隙可以由外应力调节，因此黑磷烯的电导率、静态介电常数等与带隙相关的各项性质会随着外应力的变化而发生变化，此种特性表明黑磷烯具有优异的压敏性能。此外，黑磷还具有高的热电阻值，较高的赛贝克系数、极低的热导率和电阻率，使其具有优秀的热电性能，从而有助于设计出高性能的热电器件。
[0003]纳米金属氧化物是一种多功能新型材料，非欧姆特性优良、响应时间快、通流容量大、漏电流小，具备优异的压敏特性。石墨烯具有优异的导电性，能够赋予原本绝缘的材料以导电性，但这往往需要较高的石墨烯填充率，且石墨烯本身压敏性较弱，对外界压力不够敏感。
[0004]目前，电热膜由于其发热速度快，发热温度均匀，使用方便，能源利用效率高等特点越来越受到人们的喜爱，尤其是在冬季没有供暖的南方地区更是成为人们的广泛需求。但是目前，市场上的电热膜为开关控制的整体发热，开关打开后，电热膜整个发热面都开始发热，即使是与人体不接触的区域也处于发热状态，但是这些区域的发热并没有传递给人体，而是以热辐射的形式浪费掉了，从而导致能耗提高，尤其是坐垫、床垫等电热膜存在大量不与人体接触的区域，浪费的热量更多。因此，如何利用新型材料制备一种能够将热量精准传递给人体，减少无效发热的电热膜对提高热量利用率，降低能耗具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种具有压力敏感特性的电热膜及其制备方法，进而克服现有技术中的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种具有压力敏感特性的电热膜，包括如下结构：下保护层、发热层、上保护层以及贴敷于发热层的电极和引出的导线。
[0008]在一些较为具体的实施方案中，所述的发热层包括如下组分：聚氨酯树脂 95
‑
98wt％，石墨烯2
‑
5wt％，黑磷/金属氧化物纳米复合材料0.01
‑
0.5wt％。
[0009]进一步的，所述石墨烯的厚度为1
‑
10nm，片径为0.5
‑
10μm，氧含量小于 0.1wt％。
[0010]进一步的，所述黑磷/金属氧化物纳米复合材料中黑磷和金属氧化物的质量比例
为0.1
‑
10，复合材料的粒径范围为10
‑
100nm。
[0011]进一步的，所述黑磷/金属氧化物纳米复合材料的制备方法为高能球磨法，球磨气氛为氩气，球磨转速为500
‑
1000r/min，球磨时间为5
‑
15h。
[0012]进一步的，所述金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛或纳米氧化锆中的一种或多种混合。
[0013]在一些较为具体的实施方案中，所述具有压力敏感特性的电热膜的制备方法，包括如下步骤：1)将黑磷/金属氧化物纳米复合材料均匀分散于除去氧气后的去离子水中，得到黑磷/金属氧化物纳米复合材料分散液，所述的分散液浓度为1
‑
10mg/ml；
[0014]2)将所需质量的石墨烯分散于上述纳米复合材料分散液中，得到的分散液中石墨烯的浓度为50
‑
100mg/ml；
[0015]3)将所需质量的水性聚氨酯乳液添加于2)中制备得到的分散液中，进一步分散均匀，得到水性浆料；所述的水性聚氨酯固含量为30
‑
60％；
[0016]4)将水性浆料采用刮涂的方式，在离型膜上刮出特定厚度的湿膜，并在加热条件下，将湿膜烘干，得到干膜；湿膜厚度为200
‑
800μm；湿膜烘干温度为 60
‑
100℃；
[0017]所述步骤1)
‑
4)均在充满惰性气体的手套箱中进行；
[0018]5)在4)中制备得到的干膜的上下表面，分别印刷上完整的金属导电浆料层，烘干后，作为发热电极，在上下层分别引出导线，供连接电源；表面含有金属电极和导线的干膜即为电热膜的发热层；所述金属导电浆料为导电银浆、导电铜浆、导电铝浆中的任意一种；所述烘干温度为100
‑
150℃。
[0019]在一些较为具体的实施方案中，将下保护层、发热层、上保护层通过热压的方式进行贴合，即可得到所述的发热膜。
[0020]进一步的，所述上保护层和下保护层均为单面覆有热熔胶的PET膜、PI膜、腈纶纤维布和尼龙纤维布；贴合温度为120
‑
160℃。
[0021]本专利技术的思路在于利用纳米黑磷和金属氧化物优秀的压敏性，使黑磷/金属氧化物纳米复合材料能够将二者的特性结合起来，进一步提升压敏性能，再将黑磷/金属氧化物纳米复合材料与石墨烯相结合，能够同时发挥石墨烯的导电性和复合材料的压敏性，在大大降低石墨烯填充率的同时，使其具有压敏性。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0023]1)本专利技术发热膜的发热层中石墨烯含量略低于其在聚氨酯中的渗滤阈值，在通常状态下，石墨烯片层并未形成完整的导电通路，此时发热膜处于绝缘状态，通电后发热膜不发热；当外界施加一定压力后，发热层受压出现弹性变形，石墨烯片层相互接近，形成完整的导电网络，使发热层的电阻极剧下降，通电后电流能够流过发热层，使发热层发热；当外界压力消失后，发热层回弹，层内石墨烯片层恢复原状，导电通路断裂，发热层电阻上升，停止发热；本专利技术提供的发热膜能够根据外界压力的变化，实时发热，存在外界压力的部分发热，而不存在外界压力的部分不发热，能够大幅降低能耗，节省电力。
[0024]2)本专利技术将黑磷/金属氧化物纳米复合材料添加进聚氨酯/石墨烯导电膜中。黑磷为典型的半导体材料，具有极高的电流开关比，且在感受到压力的情况下，黑磷能够快速的由半导体转变为导体，此种性能能够极大的提升本专利技术中发热层的压力敏感性，添加黑磷后，其压敏性与传统的压敏导电材料相比出现大幅提升，此外，黑磷具备优秀的热电效应，
能够有效将电能转化为热能，提升发热效率。纳米金属氧化物具有较强的压敏特性。将纳米黑磷和纳米金属氧化物进行复合能够充分两者的独特性能，所制备的复合材料具有极强的半导体性能、热电性能以及压敏特性，将其添本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于，包括如下结构：下保护层、发热层、上保护层，以及贴敷于发热层的电极和引出的导线。2.根据权利要求1所述的具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于：所述的发热层包括如下组分：聚氨酯树脂95
‑
98wt%，石墨烯2
‑
5wt%，黑磷/金属氧化物纳米复合材料0.01
‑
0.5wt%。3.根据权利要求2所述的具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于：所述石墨烯的厚度为1
‑
10nm，片径为0.5
‑
10 μm，氧含量小于0.1wt%。4.根据权利要求2所述的具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于：所述黑磷/金属氧化物纳米复合材料中黑磷和金属氧化物的质量比例为0.1
‑
10，复合材料的粒径范围为10
‑
100nm。5.根据权利要求2所述的具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于：所述黑磷/金属氧化物纳米复合材料的制备方法为高能球磨法，球磨气氛为氩气，球磨机转速为500
‑
1000r/min，球磨时间为5
‑
15h。6.根据权利要求2所述的具有压力敏感特性的电热膜，其特征在于：所述黑磷/金属氧化物纳米复合材料中的金属氧化物为纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛或纳米氧化锆中的一种或多种。7.如权利要求1~6中任一项所述具有压力敏感特性的电热膜的制备方法，其特征包括：1）将黑磷/金属氧化物纳米复合材料均匀分散于除去氧气后的去...

【专利技术属性】
技术研发人员：康翼鸿，喻学锋，殷耀禹，贾宝泉，
申请(专利权)人：犇星新材料内蒙古有限公司，
类型：发明
国别省市：