CN106332327A - 一种复合石墨烯电热膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合石墨烯电热膜的制备方法，该方法可无污染、能批量化生产的制备石墨烯，石墨烯薄膜有很好韧性，可以随意弯折并保持良好的导电性，有极高的可加工性，有利于适应的各种形状、各种应用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电热材料领域，具体涉及一种复合石墨烯电热膜的制备方法。
背景技术
常用的电热系统中的电阻加热单元一般采用金属箔、薄膜涂层、电阻丝、金属网等材料。使用最多的加热元件为镍铬合金。然而，对于镍铬合金，目前在以下方面仍然显得不足：镍铬合金的密度大于8g/cm3，使用时厚度有数毫米；电阻率低(～10–6Ω/m)，仍然存在着电热转化效率低，加热速率小，加热元件没有自动恒温及功率补偿功能，使得电热系统结构复杂，热惯性大等不足之处；铁铬铝是铁素体合金，存在常温脆性、475℃脆性和1000℃以上的高温脆性，由于高温脆性导致的高温强度低最终导致电热元件使用寿命短；合金的可焊性很差，难修复。
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（honeycomb crystal lattice）排列构成的单层平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。由于石墨烯大规模加工逐渐成为现实，石墨烯膜将取代金属材料应用在不同的领域。
目前石墨烯电热膜有两种，其一为氧化石墨烯电热膜，利用其电阻发热，但是其结构不稳定，是的其发热出现很大波动，不可控；其二为石墨膜或者烧制的聚酰亚胺膜，但是其柔性有限，在有限次数的折叠后便会破损。
发明内容
本发明提供一种复合石墨烯电热膜的制备方法，该方法可无污染、能批量化生产的制备石墨烯，石墨烯薄膜有很好韧性，可以随意弯折并保持良好的导电性，有极高的可加工性，有利于适应的各种形状、各种应用的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种复合石墨烯电热膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备氧化石墨烯溶液
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至85-90℃反应2-3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置氧化石墨烯溶液；
（2）将浓度为5-15mg/mL的上述氧化石墨烯水溶液从具有一字形出口的制备装置中连续匀速挤出后，在凝固液或液氮中停留10-100秒，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，将氧化石墨烯凝胶膜放入-10～-15℃的冰箱中冰冻2-5h或者液氮中快速冷冻；
（3）将冻处理后氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，处理方式为：在惰性气体氛围下先以2-3℃/min升温到400℃，保温0.5-1h，然后在惰性气体氛围下以2-4℃/min升温到1300℃，保温1-4h，然后在惰性气体氛围下以2-4℃/min升温到3000℃，保温1-2h，即可获得连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜；将气凝胶膜高压压制后，压力为20-50MPa，得到复合石墨烯电热膜。
优选的，所述挤出速率为10-15m/min，所述的凝固液由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯等中的一种或多种按照任意比组成。
本发明的优点在于，该方法可无污染、能批量化生产的制备石墨烯，石墨烯薄膜有很好韧性，可以随意弯折并保持良好的导电性，有极高的可加工性，有利于适应的各种形状、各种应用的需求。
具体实施方式
实施例一
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至85℃反应2小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置出氧化石墨烯溶液。
将浓度为5mg/mL的上述氧化石墨烯水溶液从具有一字形出口的制备装置中连续匀速挤出后，在凝固液或液氮中停留10秒，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，将氧化石墨烯凝胶膜放入-10℃的冰箱中冰冻2h或者液氮中快速冷冻；所述挤出速率为10m/min，所述的凝固液由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯等中的一种或多种按照任意比组成。
将冻处理后氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，处理方式为：在惰性气体氛围下先以2℃/min升温到400℃，保温0.5h，然后在惰性气体氛围下以2℃/min升温到1300℃，保温1h，然后在惰性气体氛围下以2℃/min升温到3000℃，保温1h，即可获得连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜；将气凝胶膜高压压制后，压力为20MPa，得到复合石墨烯电热膜。
实施例二
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至90℃反应3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置出氧化石墨烯溶液。
将浓度为15mg/mL的上述氧化石墨烯水溶液从具有一字形出口的制备装置中连续匀速挤出后，在凝固液或液氮中停留10-100秒，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，将氧化石墨烯凝胶膜放入-15℃的冰箱中冰冻5h或者液氮中快速冷冻；所述挤出速率为15m/min，所述的凝固液由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯等中的一种或多种按照任意比组成。
将冻处理后氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，处理方式为：在惰性气体氛围下先以3℃/min升温到400℃，保温1h，然后在惰性气体氛围下以4℃/min升温到1300℃，保温4h，然后在惰性气体氛围下以4℃/min升温到3000℃，保温2h，即可获得连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜；将气凝胶膜高压压制后，压力为50MPa，得到复合石墨烯电热膜。
Claims (2)
1.一种复合石墨烯电热膜的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备氧化石墨烯溶液
将250g天然石墨和由4.5L浓硫酸和0.5L浓磷酸组成的5L混酸混合于反应釜内并用电控磁力搅拌器搅拌均匀，在低于20℃的情况下缓慢加入500g高锰酸钾；之后，密封反应釜并升温至85-90℃反应2-3小时，将产物从反应釜下端取出，稀释成40L溶液，加入0.6L双氧水得亮黄色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替离心洗涤，至溶液pH=5-6，去除杂质离子；最后，超声分散氧化石墨，配置氧化石墨烯溶液；
（2）将浓度为5-15mg/mL的上述氧化石墨烯水溶液从具有一字形出口的制备装置中连续匀速挤出后，在凝固液或液氮中停留10-100秒，凝固成氧化石墨烯凝胶膜，将氧化石墨烯凝胶膜放入-10～-15℃的冰箱中冰冻2-5h或者液氮中快速冷冻；
（3）将冻处理后氧化石墨烯气凝胶薄膜，送入高温炉中进行高温热处理，处理方式为：在惰性气体氛围下先以2-3℃/min升温到400℃，保温0.5-1h，然后在惰性气体氛围下以2-4℃/min升温到1300℃，保温1-4h，然后在惰性气体氛围下以2-4℃/min升温到3000℃，保温1-2h，即可获得连续超轻规则取向的纯石墨烯气凝胶薄膜；将气凝胶膜高压压制后，压力为20-50MPa，得到复合石墨烯电热膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挤出速率为10-15m/min，所述的凝固液由甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正丁醇、乙二醇、环己酮、丙三醇、乙酸丁酯、丙二醇、醋酸正丙酯、乙酸、丙三醇、异丁醇、乙酸甲酯等中的一种或多种按照任意比组成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170111 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |