介观复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜制造技术

本发明专利技术属于先进纳米材料应用领域，涉及一种新型的复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜的制备方法。主要包括以下步骤：利用电弧放电法批量生产制备的碳纳米管分散体，使用智能控制卷对卷化学气相沉积法制备的单晶石墨烯薄膜，并转移至其他衬底。将碳纳米管与单晶石墨烯薄膜通过特定处理后合成介维范德华同质结构，再将该介观复合维度碳骨架范德华同质结薄膜材料与醋酸纤维素融合达到物理防护的目的。该方法获得的透明控温除雾膜具有低成本、高透光率、升温速度快和精准控温的优点，并可任意贴附或直接涂覆在玻璃、金属、屏幕、陶瓷等物体表面。陶瓷等物体表面。陶瓷等物体表面。

【技术实现步骤摘要】
介观复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜


[0001]本专利技术属于先进纳米材料应用领域，涉及一种新型的复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，碳原子纳米材料在电子器件应用上受到工业领域和科学领域广泛关注。由于碳纳米材料的多样化结构，以及由其对应的不同的物理化学特性，因此碳家族材料的应用已经占据了工业生产，科学研究，人类生活的重要地位。半导体碳纳材料已经应用在了光电探测器、高性能低能耗晶体管和智能玻璃上。例如：2013年9月26日，人类首台基于碳纳米管晶体管的计算机在美国斯坦福大学诞生；2000年成立的Nantero高科技公司最近已经量产了基于碳纳米材料的非易失性随机存储器，该存储器具有低功耗、高速度、可靠耐久等特点。 2019年8月28日，麻省理工学院的科学家在顶级期刊Nature上报道了首个采用工业标准设计和构建的碳纳米材料微处理器。另外，诸如碳纳米管、石墨烯等材料是制作柔性电子器件最理想的材料候选者。随着柔性机器人、可穿带医用器件的发展，碳纳米管拥有越来越广阔的市场和应用前景。
[0003]在寒冷的北部地区和国家，汽车、眼镜玻璃所产生的雾霜严重影响了人们正常的生活，甚至威胁了人民生命安全。当前行业内常规使用的汽车玻璃除雾装置所附带的加热丝除了固有生产成本高之外，还会大幅度地影响司机的行车视线，从而无法应用于前车窗、驾驶室车窗等透明度要求较高的玻璃上。与此同时，市面上所出售的除冰剂不仅费时费力、效率极低、不可持续，还含有高压气体，对车主和乘客具有危险隐患。因此，使透明玻璃在不影响基本功能条件下具备快速加热除雾功能是工业界一直以来的难题。专利CN 108839637 A公布了一种使用导电胶泥进行加热除雾的车窗玻璃与该玻璃的使用方法，用来实现其车窗玻璃的除雾功能。但该方法中的发热层位于两层玻璃的空腔，这不仅导致两双层玻璃及注入导电胶泥的工艺成本大幅提升，同时位于内层的发热胶泥所产生的热量受到了玻璃和散热孔的阻挡，大幅度降低了有效发热效率，从而影响了除雾的效果。
[0004]本专利技术利用碳骨架纳米材料优异的电子迁移率、极高的透光率、高机械强度、良好的化学稳定性、和极其出色的热传导性能，通过自主设计研发的复合维度碳骨架范德华同质结构造技术，将碳纳米管与单晶石墨烯原子膜进行多种复合形态的物理结合，并喷涂醋酸纤维素保护材料表面，最终形成高效精准控温高透光率柔性除雾膜，透光率高达95％。用于汽车玻璃(包括前挡风玻璃、后挡风玻璃、后视镜、车窗玻璃等)、眼镜(包括近视镜、远视镜、老花镜、太阳镜等)，和智能穿戴设备(VR/AR眼镜，智能手表，智能手环等)。并可应用于多种场景如：在寒冷天气下除冰除霜除雾，浴室镜子在高湿度环境除雾，以及军事领域热红外成像干扰屏蔽等。该产品为厚度20～80μm左右的透明控温薄膜，在小型纳米锂电池或者汽车点烟器的供电下可以迅速(＜10秒)将汽车玻璃的温度加热到80℃左右(温度可调节)，快速除去载体玻璃上的积雪、寒霜和雾水。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可贴附或直接喷涂在玻璃等载体上的温度分布均匀、透光率极佳的加热薄膜材料。通过一种新型的复合维度碳骨架范德华同质结构造技术方法，实现该目的。具体包括以下步骤：
[0006](1)碳纳米管及制备：以石墨棒为电极，将电极在密闭腔体中高压放电产生碳纳米管粉末；
[0007](2)单晶石墨烯制备：以智能控制化学气相沉积设备结合单晶铜衬底低成本量产单晶石墨烯单原子薄膜，并转移至其他衬底。
[0008](3)制备碳纳米管分散体：将步骤(1)中的碳纳米管漂洗后的溶液加入表面活性剂并进行超声剥离，形成碳纳米管分散体。
[0009](4)旋涂：将浓度为0.1mg/mL～5mg/mL的碳纳米管分散体旋涂到生产的石墨烯单晶表面，在特定温度和气氛环境处理下进行物理贴合，最终形成碳纳米管/石墨烯范德华同质结构层。
[0010](5)喷涂醋酸纤维素：首先将浓度为1～20mg/mL的醋酸纤维素溶液与低压喷枪相连，以一定的氮气流量进行均匀喷涂，通过控制喷涂时间以调控获得具有相应透光率的除雾膜。
[0011](6)将醋酸纤维素包覆地碳骨架范德华同质结构膜从衬底上物理剥离，并在两端涂敷导电银浆及金属导电胶带，连接电路后制备出功能化的复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜。
[0012]本专利技术上述步骤(1)中碳纳米管为2～7层的多壁碳纳米管。
[0013]本专利技术上述步骤(2)中化学气相沉积法为低成本卷对卷生长。
[0014]本专利技术上述的石墨烯单晶晶畴尺寸为500～2000μm，单晶薄膜尺寸可长达3m。
[0015]本专利技术上述步骤(2)中的石墨烯单晶其他衬底为SiO2/Si、蓝宝石、单晶硅、传统玻璃、石英、PET、PE、ITO或其他表面光滑衬底。
[0016]本专利技术上述步骤(3)中碳纳米管分散体为去离子水、N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，表面活性剂浓度为0.1～0.5mg/mL。
[0017]本专利技术上述步骤(4)中碳纳米管分散体的旋涂转速为500～8000rpm。
[0018]本专利技术上述步骤(4)中的碳纳米管/石墨烯范德华同质结构层所需特定温度为450℃～ 650℃之间，气氛环境为纯氩气或氮气。
[0019]本专利技术上述步骤(5)中的氮气压力为0.5～0.8MPa(5～8个大气压)，氮气消耗量为0.3 m3/min～0.5m3/min。
[0020]本专利技术上述步骤(5)中醋酸纤维素的喷涂速度为0.1cm2/s，所获的透明薄膜厚度为20 ～80μm，制备薄膜透光率为85％
‑
95％。
[0021]本专利技术上述步骤(6)中导电金属胶带为铜胶带，厚度为40～60μm，薄膜工作电压为5 ～30V，工作电流为0.02～0.1A。
[0022]与现有技术相比，本专利技术取得的有益效果是：
[0023]光学有益效果。采用低浓度的碳纳米管分散体与单层单晶石墨烯形成复合维度碳骨架膜结构，两种材料高达97％以上的透光率以及凭借特殊的复合方式，使得最终的复合透明加热薄膜透光率在95％以上。
[0024]热学有益效果。将碳纳米管与石墨烯单晶的接触点的范德华同质结构单元作为薄膜加热区域，利用单晶石墨烯极高的面内热导率是单个热源热量迅速均匀化，从而实现了具有极高加热速率、极高加热密度，和极高温度分布均匀度的透明除雾薄膜的工艺。薄膜可选温度在 40～100℃之间，极佳地贴合了工业界以及生活领域的需求。
[0025]实用性有益效果。本产品的最终形态为平整行良好20～80μm可量产的透明薄膜，可以选择直接在例如玻璃等目标载体上沉积或将薄膜贴附在目标载体上，极大地提升了产品的实用效果。
附图说明
[0026]图1为电弧法制备碳纳米管设备示意
[0027]图2为单晶单层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型的复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碳纳米管制备：以高纯石墨棒为电极，将其在密闭腔体中高压放电生产粉体状碳纳米管材料。(2)单晶石墨烯制备：以智能控制化学气相沉积设备结合单晶铜衬底低成本量产单晶石墨烯单原子薄膜，并转移至其他衬底。(3)制备碳纳米管分散体：将步骤(1)中的碳纳米管漂洗后的溶液加入表面活性剂并进行超声剥离，形成碳纳米管分散体。(4)旋涂：将浓度为0.1mg/mL～5mg/mL的碳纳米管分散体旋涂到生产的石墨烯单晶表面，在特定温度和气氛环境处理下进行物理贴合，最终形成碳纳米管/石墨烯范德华同质结构层。(5)喷涂醋酸纤维素：首先将浓度为1～20mg/mL的醋酸纤维素溶液与低压喷枪相连，以一定的氮气流量进行均匀喷涂，通过控制喷涂时间以调控获得具有相应透光率的除雾膜。(6)将醋酸纤维素包覆的碳骨架范德华同质结构膜从衬底上物理剥离，并在两端涂敷导电银浆及金属导电胶带，连接电路后制备出功能化的复合维度碳原子骨架范德华同质结构控温物理除雾膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳纳米管为2～7层的多壁碳纳米管。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中化学气相沉积法为低成本卷对卷生长。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯单晶晶畴尺寸为500～2000μm，单晶薄膜尺寸可达3m长。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：田博，董豪聪，姜小川，
申请(专利权)人：厦门十一维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：