一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法。焦耳热薄膜包括衬底、电极和石墨烯阵列，所述电极固定排列在衬底的上方，所述石墨烯阵列的每个单元两端均与相邻的两个所述电极电连接，所述石墨烯阵列由外部电路控制实现红外图像的动态显示。本发明专利技术实现在可见光下接近透明，当对石墨烯焦耳热薄膜阵列施加驱动电压时，一方面可以实现快速调控发热，另一方面可以实现红外图像的可编程动态显示，本发明专利技术为石墨烯应用在热模拟器、除冰除雾、生物医疗等领域提供了前景。生物医疗等领域提供了前景。生物医疗等领域提供了前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法


[0001]本专利技术涉及光电子、红外技术和新材料
，更具体地说，特别涉及一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种呈蜂窝结构的二维材料，具有很多优异的特性。石墨烯与半导体材料和金属材料相比存在许多特性上的差异，在制备透明柔性光电器件等方面具有十分明显的优势。利用石墨烯热导率高、热容小以及电流承载能力高等优点，可以利用石墨烯作为制备焦耳热薄膜的材料。
[0003]之前关于石墨烯的研究大多停留在纳米尺度上，旨在通过提高石墨烯的焦耳热进而实现可见光辐射，关于宏观尺度石墨烯红外热图的研究相对较少。另外，很多公司研制出号称是由石墨烯制备的发热毯等产品，但是其核心发热部分并不是真正的石墨烯，而是微米尺度的碳薄膜。这种碳薄膜与石墨烯相比，失去了对可见光几乎透明以及极小的热容等特性，在升温幅度以及调控速度等方面均表现出明显的劣势。并且之前关于石墨烯焦耳热薄膜的研究往往是单个单元，关于宏观尺度石墨烯焦耳热薄膜阵列的特性研究方面存在相对的空白。
[0004]单层以及少层石墨烯在可见光下接近透明，并且选用透明材料作为器件衬底时，可以实现在可见光下的几近透明属性。当对石墨烯焦耳热薄膜阵列施加驱动电压时，一方面可以实现快速调控发热，另一方面可以实现红外图像的可编程动态显示。因此，有必要开发一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法，以将石墨烯应用在热模拟器、除冰除雾、生物医疗等领域提供了美好前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法，以克服现有技术所存在的缺陷。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，包括衬底、电极和石墨烯阵列，所述电极固定排列在衬底的上方，所述石墨烯阵列的每个单元两端均与相邻的两个所述电极电连接，所述石墨烯阵列由外部电路控制实现红外图像的动态显示。
[0008]进一步地，所述衬底为石英、CaF2或PET等透明绝缘衬底。
[0009]进一步地，所述石墨烯阵列的每个单元的尺寸为厘米尺度。
[0010]进一步地，所述石墨烯阵列的石墨烯采用化学气相沉积法制备。
[0011]进一步地，所述石墨烯阵列的石墨烯为单层或多层石墨烯。
[0012]进一步地，所述电极为ITO导电半导体，或金、银、铝、铬、钯、铜、钛、镍金属或合金。
[0013]进一步地，所述石墨烯阵列中的每个单元均由外部电路独立控制。
[0014]进一步地，所述电极采用物理气相沉积的方法生长。
[0015]本专利技术还提供一种根据上述基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、根据需要设计电极的排布；
[0017]S2、在清洗干净的衬底上制备电极；
[0018]S3、在排布好电极的衬底上转移石墨烯；
[0019]S4、在石墨烯上覆盖一层包覆层，完成焦耳热薄膜的制备。
[0020]进一步地，所述步骤S2中采用磁控溅射、电子束蒸镀等物理气相沉积的方法在清洗干净的衬底上生长金属电极。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供的一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜及制备方法，实现在可见光下接近透明，当对石墨烯焦耳热薄膜阵列施加驱动电压时，一方面可以实现快速调控发热，另一方面可以实现红外图像的可编程动态显示，本专利技术为石墨烯应用在热模拟器、除冰除雾、生物医疗等领域提供了前景。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜中单个单元的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的单个单元的左视图。
[0025]图3是本专利技术基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的单个单元的俯视图。
[0026]图4是本专利技术基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的制备流程图。
[0027]图5是本专利技术基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的单个单元在不同电压下的温度变化曲线以及温度分布图像，其中(a)为基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜的单个单元分别在10V、20V、30V直流驱动电压下的温度变化曲线以及对应电流；(b)、(c)、(d)分别为对应上述10V、20V、30V驱动电压时单个单元的最高温度时的红外图像。
[0028]图6是本专利技术一个实施例中基于石墨烯的可编程的5
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5焦耳热薄膜阵列在红外相机下的动态图像。其中(a)、(b)、(c)、(d)分别为基于石墨烯的可编程的5
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5焦耳热薄膜阵列在外部电路控制下依次显示“N”、“U”、“D”、“T”四个字母时的红外图像。
[0029]图7是本专利技术一个实施例中基于石墨烯的可编程的5
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5焦耳热薄膜阵列在外部电路控制下的显示“N”、“U”、“D”、“T”四个字母时对应的温度变化曲线。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0031]参阅图1
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图3所示，本实施例公开了一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，包括衬底1、电极2和石墨烯阵列3，电极2固定排列在衬底1的上方，石墨烯阵列3的每个单元两端均与相邻的两个电极2电连接，石墨烯阵列3由外部电路控制实现红外图像的动态显示。
[0032]本专利技术将直流驱动电压施加到两相邻金属电极2上时，就会通过电极2之间的石墨
烯导电，石墨烯由于焦耳热的原理发热，在红外相机下形成热图。因此，通过控制石墨烯焦耳热薄膜阵列单元上电路的通断就可以实现动态热图显示。
[0033]由于石墨烯与衬底1直接接触，在施加驱动电压时，为了防止衬底1导电，故而选用具有绝缘性的材料作为衬底。另外本实施例为可见光下接近透明，衬底1优选采用石英、CaF2、PET等透明绝缘衬底。
[0034]本实施例在清洗干净的衬底1上制备金属电极2，优选采用磁控溅射、电子束蒸镀等物理气相沉积的方法生长金属电极，可以根据阵列数、发热单元面积，发热单元间隔等实际需求调整金属电极的尺寸、距离、形状和排布等参数。在设计金属电极的排布时，阵列的不同单元之间的正极均不交叉，使得电源可以分别控制每个单元石墨烯，以实现其可编程性的动态显示。为了增加电极2与衬底1的粘附性，制备的金属电极采用上下两层金属导体，上层金属导体与下层金属导体相连。其中，下层金属导体与衬底1相连，可以选择ITO导电半导体，或金、银、铝、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于，包括衬底、电极和石墨烯阵列，所述电极固定排列在衬底的上方，所述石墨烯阵列的每个单元两端均与相邻的两个所述电极电连接，所述石墨烯阵列由外部电路控制实现红外图像的动态显示。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于，所述衬底为石英、CaF2或PET透明绝缘衬底。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于，所述石墨烯阵列的每个单元的尺寸为厘米尺度。4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于，所述石墨烯阵列的石墨烯采用化学气相沉积法制备。5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于，所述石墨烯阵列的石墨烯为单层或多层石墨烯。6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的可编程的焦耳热薄膜，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张检发，杨瑾，王宗扬，葛宇飞，朱志宏，徐威，秦石乔，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：