CN109594741A - 石墨烯柔性加热器及石墨烯地板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石墨烯柔性加热器及石墨烯地板。石墨烯柔性加热器，其包括第一柔性膜、第二柔性膜、若干设于第一柔性膜和第二柔性膜之间的发热体、正电极以及负电极；第一柔性膜圆周边缘和第二柔性膜圆周边缘之间连接一起，内部配合形成密闭空间；发热体、正电极以及负电极均设于密闭空间内部；所有发热体均阵列分布在正电极与负电极之间；正电极和负电极均电性连接有连接端子。石墨烯地板，其设有石墨烯柔性加热器，其还包括有地板和保温底座。本发明具有结构简单，成本低，发热效率高，体积小，可以弯曲，不容易开裂，使用寿命长且安全的优点。

Description

石墨烯柔性加热器及石墨烯地板

技术领域

本发明涉及石墨烯应用技术领域，尤其涉及石墨烯柔性加热器及石墨烯地板。

背景技术

目前市面上的加热器都是硬质加热器，不能够很好的适用与各个场合，有些是不同场合的形状不一样，因此需要柔性设置，有些是因为在将加热器安装在其他场合的时候，加工条件使得不能够采用硬质加热器。传统的发热丝加热的方式，其存在体积大，安全系数有待提高，使用寿命不长，应用受限的情况，导致必须开发一种发热效率比较高，体积可以做到比较小，可以弯曲使用，成本相对不高的发热技术。

在寒冷的冬季，室内通常会利用暖炉、暖气等设备来为居家营造出温暖的环境，但因为暖炉、暖气在运作时，往往都存在安全隐患，经常有使用者不慎被烫伤。发热地板逐渐成为居家取暖的首选。

市面上存在较多的地热地板，是将电热膜置于地板下方或地板中进行发热。这中间最大的问题是，没有专业知识的消费者，关心的是装饰效果和装修成本，容易安装一些并不适合地热条件的地板，从而导致以下一些问题。如：实木热传导性差；多层实木甲醛含量高，特别是在40℃温度下的甲醛释放量较大。

现有发热地板主要是利用碳晶发热，以碳纤维为导电填料，半衰期短，使用寿命不长。

现在市场上使用的发热地板都是连接家用电压220V，发热地板往往会由于自身问题或者安装问题出现连接导线金属部分裸露外面而产生漏电触电事故，存在安全隐患。

中国发明专利CN201410153205.3公开了一种环保型石墨烯基导电碳浆的制备方法，制备的高导热碳浆不仅环保而且成本较低，关键是导电性能好，适合大规模工业化生产。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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供石墨烯柔性加热器及石墨烯地板，其具有结构简单，成本低，发热效率高，体积小，可以弯曲，不容易开裂，使用寿命长且安全的优点。

本发明所采用的技术方案是：

石墨烯柔性加热器，其包括第一柔性膜、第二柔性膜、若干设于第一柔性膜和第二柔性膜之间的发热体、设于第一柔性膜与第二柔性膜之间且与发热体一侧连接的正电极以及设于第一柔性膜与第二柔性膜之间且与发热体另一侧连接的负电极；第一柔性膜圆周边缘和第二柔性膜圆周边缘之间连接一起，内部配合形成密闭空间；发热体、正电极以及负电极均设于密闭空间内部；所有发热体均阵列分布在正电极与负电极之间；正电极和负电极均电性连接有连接端子。

第一柔性膜和第二柔性膜具有可弯曲的作用，同时第二柔性膜是承载涂覆石墨烯浆料的载体，将正电极和负电极，也就是铜箔设置在石墨烯浆料的两侧形成正电极和负电极，与正电极和负电极相对应位置的第一柔性膜上涂覆银浆，形成第一银材料层和第二银材料层。第一柔性膜和第二柔性膜的圆周边缘之间通过热熔机进行融合，使得内部的密闭空间具有防水功能。连接端子的作用就是讲正电极和负电极的可以通电。正电极一个连接端子，负电极一个连接端子。

正电极为第一铜材料层，负电极为第二铜材料层；正电极与第一柔性膜之间设有第一银材料层，负电极与第一柔性膜之间设有第二银材料层；第一银材料层外部轮廓与正电极外部轮廓相适配，第二银材料层外部轮廓与负电极外部轮廓相适配；第一银材料层层和第二银材料层均设于密闭空间内部。

第二柔性膜的背面设有覆盖有铝膜。铝膜可以起到将热量辐射会地板方向，具有微小的保温作用，同时可以方便由聚氨酯材料制成的保温底座在浇注的时候可以很好的连接成一体。

第一柔性膜和第二柔性膜均为塑料材料制成的柔性膜，能够起到承载的作用，能够直观的观察到内部的石墨烯浆料的涂覆情况，第一柔性膜和第二柔性膜均为透明的柔性膜。

为了防止第一柔性膜和第二柔性膜之间开裂，相邻两个发热体之间设有间隙，每一个间隙均设有胶粘材料层，胶粘材料层设于第一柔性膜与第二柔性膜之间。通过胶粘材料层，也就是胶水直接连接。

由于石墨烯浆料的涂覆面积比较大，为了避免发热体在第一柔性膜和第二柔性膜之间开裂，因此在发热体上设有若干阵列分布的穿孔，每一个穿孔均自发热体的一端往发热体的另一端贯通。穿孔上设有胶黏材料层。

每一个穿孔均呈六边形；连接端子为金属固定钉，金属固定钉的一端设于第一柔性膜的正面，金属固定钉的另一端设于铝膜的背面，金属固定钉的中间依次串接第一柔性膜、第一银材料层、正电极、发热体、第二柔性膜及铝膜；金属固定钉内部中间设有通孔，自金属固定钉的一端往金属固定钉的另一端贯通，金属固定钉的两端均设有凸出部位。也就是金属固定钉可以起到加强连接第一柔性膜和第二柔性膜之间的作用，同时又可以起到导电的作用。

石墨烯地板，其设有所述的石墨烯柔性加热器，其还包括有地板和保温底座；石墨烯柔性加热器设于地板与保温底座之间，地板与石墨烯柔性加热器之间设有胶黏层，保温底座为聚氨酯材料制成的保温底座，保温底座与石墨烯柔性加热器的背面紧密连接。地板可以是木地板，也可以是瓷砖。

保温底座呈方形，其与石墨烯柔性加热器接触的一端面设有至少一条凹槽，每一凹槽均自保温底座的一侧端往另一侧端贯通；石墨烯柔性加热器电性连接有电源，电源电性连接有开关。

进一步，凹槽呈直条状，可以相邻两个地板之间可以直线分布，进行布线。也可以将凹槽设置为环形凹槽，这样在安装的时候可以自由选择方向，因为有些地板的上表面图案是有方向的。

电源电性连接有控制器，控制器电性连接有温度传感器和变压器，控制器与石墨烯柔性加热器电性连接；温度传感器安装在凹槽中，或者温度传感器安装在地板与石墨烯柔性加热器之间。

如果将凹槽采用环形凹槽的方式设计，那么在环形凹槽的四个角都设置延伸凹槽，也就是将环形凹槽与延伸凹槽连接，让导线可以从一个地板往另一个地板方向去延伸布线。进一步，每个正电极和每一个负电极均分别并联有两个连接端子，当一个连接端子坏了的时候，可以使用另一个端子。

进一步，在石墨烯柔性加热器中，保温底座的内部可以设置为空心的保温底座，既可以起到进一步保温的作用，同时又可以起到消音的作用，避免自己家的声音传递至下方的房子中。进一步，每一个保温底座的背面设有若干支撑柱，方便在施工的时候人工将支撑柱的高度切削掉，这样来调节整体高度和水平度，避免因为这个保温底座平整需要大量切削工作。

进一步，为了石墨烯地板能够快速安装，可以在保温底座的其中一侧端设置镶嵌凹槽，在保温底座的另一侧端设置镶嵌凸榫，相邻的保温底座的镶嵌凹槽和镶嵌凸榫相互适配。也就是在铺设地板的时候可以直接采用镶嵌结构进行铺设，使得整个水平度更加好。

本发明具有结构简单，成本低，发热效率高，体积小，可以弯曲，不容易开裂，使用寿命长且安全的优点。

附图说明

图1是本发明的石墨烯地板的结构原理示意图；

图2是本发明中地板安装在室内的结构原理示意图，用于示意电源与石墨烯地板的连接原理；

图3是本发明中石墨烯地板采用控制器控制开启和关闭加热器，且设有温度传感器的结构原理示意图；

图4是本发明中石墨烯柔性加热器的结构原理示意图一，用于示意第一柔性膜、发热体及第二柔性膜的结构；

图5是本发明中石墨烯柔性加热器的结构原理示意图二，用于示意设置有第一银材料层和第二银材料层的结构；

图6是本发明中石墨烯柔性加热器的结构原理示意图三，用于示意相邻两个发热体之间的间隙填充有胶粘层的结构原理；

图7是本发明中石墨烯柔性加热器的局部结构原理示意图，用于示意在发热体中设有穿孔的示意；

图8是本发明中石墨烯柔性加热器的局部剖视原理示意图，用于示意金属固定钉处的原理；

图9是本发明中石墨烯柔性加热器且撕去第二柔性膜的结构原理示意图；

图10是本发明中石墨烯地板且剖视看到凹槽的原理示意图；

图11是本发明中石墨烯地板中通过连接材料层加强地板与保温底座强度的结构原理示意图；

图12是本发明中石墨烯地板采用直线型凹槽的保温底座的俯视示意图；

图13是本发明中是默许地板采用环形凹槽的保温底座的俯视示意图；

图14是本发明中石墨烯地板中保温底座采用空心结构和具有支撑柱方式的原理示意图。

具体实施方式

如图1至图14所示，本发明石墨烯柔性加热器A1，其包括第一柔性膜21、第二柔性膜23、若干设于第一柔性膜21和第二柔性膜23之间的发热体22、设于第一柔性膜21与第二柔性膜23之间且与发热体22一侧连接的正电极221以及设于第一柔性膜21与第二柔性膜23之间且与发热体22另一侧连接的负电极222；第一柔性膜21圆周边缘和第二柔性膜23圆周边缘之间连接一起，内部配合形成密闭空间；发热体22、正电极221以及负电极222均设于密闭空间内部；所有发热体22均阵列分布在正电极221与负电极222之间；正电极221和负电极222均电性连接有连接端子27。

第一柔性膜21和第二柔性膜23具有可弯曲的作用，同时第二柔性膜23是承载涂覆石墨烯浆料的载体，将正电极221和负电极222，也就是铜箔设置在石墨烯浆料的两侧形成正电极221和负电极222，与正电极221和负电极222相对应位置的第一柔性膜21上涂覆银浆，形成第一银材料层241和第二银材料层242。第一柔性膜21和第二柔性膜23的圆周边缘之间通过热熔机进行融合，使得内部的密闭空间具有防水功能。连接端子的作用就是讲正电极221和负电极222的可以通电。正电极221一个连接端子27，负电极222一个连接端子。

正电极221为第一铜材料层，负电极222为第二铜材料层；正电极221与第一柔性膜21之间设有第一银材料层241，负电极222与第一柔性膜21之间设有第二银材料层242；第一银材料层241外部轮廓与正电极221外部轮廓相适配，第二银材料层242外部轮廓与负电极222外部轮廓相适配；第一银材料层241层和第二银材料层242均设于密闭空间内部。

第二柔性膜23的背面设有覆盖有铝膜26。铝膜26可以起到将热量辐射会地板方向，具有微小的保温作用，同时可以方便由聚氨酯材料制成的保温底座在浇注的时候可以很好的连接成一体。

第一柔性膜21和第二柔性膜23均为塑料材料制成的柔性膜，能够起到承载的作用，能够直观的观察到内部的石墨烯浆料的涂覆情况，第一柔性膜21和第二柔性膜23均为透明的柔性膜。

为了防止第一柔性膜21和第二柔性膜23之间开裂，相邻两个发热体22之间设有间隙，每一个间隙均设有胶粘材料层25，胶粘材料层25设于第一柔性膜21与第二柔性膜23之间。通过胶粘材料层25，也就是胶水直接连接。

由于石墨烯浆料的涂覆面积比较大，为了避免发热体22在第一柔性膜21和第二柔性膜23之间开裂，因此在发热体22上设有若干阵列分布的穿孔220，每一个穿孔220均自发热体22的一端往发热体22的另一端贯通。穿孔220上设有胶黏材料层2201。

每一个穿孔220均呈六边形；连接端子为金属固定钉27，金属固定钉的一端设于第一柔性膜21的正面，金属固定钉的另一端设于铝膜26的背面，金属固定钉的中间依次串接第一柔性膜21、第一银材料层241、正电极221、发热体22、第二柔性膜23及铝膜26；金属固定钉内部中间设有通孔，自金属固定钉的一端往金属固定钉的另一端贯通，金属固定钉的两端均设有凸出部位。也就是金属固定钉可以起到加强连接第一柔性膜21和第二柔性膜23之间的作用，同时又可以起到导电的作用。

石墨烯地板，其设有所述的石墨烯柔性加热器A1，其还包括有地板和保温底座；石墨烯柔性加热器A1设于地板与保温底座之间，地板与石墨烯柔性加热器A1之间设有胶黏层，保温底座为聚氨酯材料制成的保温底座，保温底座与石墨烯柔性加热器A1的背面紧密连接。地板可以是木地板，也可以是瓷砖。

保温底座呈方形，其与石墨烯柔性加热器A1接触的一端面设有至少一条凹槽，每一凹槽均自保温底座的一侧端往另一侧端贯通；石墨烯柔性加热器A1电性连接有电源，电源电性连接有开关。

进一步，凹槽呈直条状，可以相邻两个地板之间可以直线分布，进行布线。也可以将凹槽设置为环形凹槽，这样在安装的时候可以自由选择方向，因为有些地板的上表面图案是有方向的。

电源电性连接有控制器，控制器电性连接有温度传感器，控制器与石墨烯柔性加热器A1电性连接；温度传感器安装在凹槽中，或者温度传感器安装在地板与石墨烯柔性加热器A1之间。

如果将凹槽采用环形凹槽的方式设计，那么在环形凹槽的四个角都设置延伸凹槽，也就是将环形凹槽与延伸凹槽连接，让导线可以从一个地板往另一个地板方向去延伸布线。进一步，每个正电极221和每一个负电极222均分别并联有两个连接端子，当一个连接端子坏了的时候，可以使用另一个端子。

进一步，在石墨烯柔性加热器A1中，保温底座的内部可以设置为空心800的保温底座，既可以起到进一步保温的作用，同时又可以起到消音的作用，避免自己家的声音传递至下方的房子中。进一步，每一个保温底座的背面设有若干支撑柱700，方便在施工的时候人工将支撑柱的高度切削掉，这样来调节整体高度和水平度，避免因为这个保温底座平整需要大量切削工作。

进一步，为了石墨烯地板能够快速安装，可以在保温底座的其中一侧端设置镶嵌凹槽，在保温底座的另一侧端设置镶嵌凸榫500，相邻的保温底座的镶嵌凹槽600和镶嵌凸榫相互适配。也就是在铺设地板的时候可以直接采用镶嵌结构进行铺设，使得整个水平度更加好。

本发明充分利用石墨烯物质的分子同相自运动特性，和石墨烯的片层结构、高导电性，采用电传导驱动石墨烯基导电碳浆，发挥热传导性强的特性，以及传导过程中分子自运动的同时自发热运动，热稳定性时间长，是一种日常费用低，使用寿命较长的自发热地板。

本发明在自发热地板的基础上提供一种在36V安全电压下稳定工作的自发热地板，在此电压条件下的电流不产生电磁场，使人们在安全的环境中使用。同时，在人体可承受的安全电压范围内，避免产生触电事故，安全性能大大提高。

进一步，地板可可以是无机板、高密度纤维板、石塑板、实木板中的任意一种。第一柔性膜是表面装饰层，表面装饰层是三聚氰胺装饰纸、PVC、防火板、装饰木单板(0.6-3mm)中的一种。所述变压器为220V交流电转36V直流电的变压器。地板、220V电源、变压器、温控器和传感器，所述传感器安装在地板内，通过导线连接温控器，所述温控器再通过变压器连接220V电源。

本实用发明所达到的有益效果：

1、石墨烯基导电碳浆发热传导层有合适的电阻率，超快的加热速率，极高的导热性和快速散热能力，几乎没有热惯性，能迅速将热量传导到其他材料，这也是其他结构碳材料和金属材料难以达到的；热量传导快，温度均匀稳定，使用寿命长。

2、以石墨烯基导电碳浆为发热体，达到远红外线低温辐射的目的，自然均匀地提高温度，不会造成室内燥热，异味，皮肤失水，室内尘埃，污浊空气对流等问题，从而保持室内清爽宜人，且远红外线对人体有保健和治疗的作用。

3、采用低电压驱动发热，保证了电源安全，不会产生触电事故，不存在安全隐患。

本发明具有结构简单，成本低，发热效率高，体积小，可以弯曲，不容易开裂，使用寿命长且安全的优点。

Claims (10)

1.石墨烯柔性加热器，其特征在于：其包括第一柔性膜、第二柔性膜、若干设于第一柔性膜和第二柔性膜之间的发热体、设于第一柔性膜与第二柔性膜之间且与发热体一侧连接的正电极以及设于第一柔性膜与第二柔性膜之间且与发热体另一侧连接的负电极；第一柔性膜圆周边缘和第二柔性膜圆周边缘之间连接一起，内部配合形成密闭空间；发热体、正电极以及负电极均设于密闭空间内部；所有发热体均阵列分布在正电极与负电极之间；正电极和负电极均电性连接有连接端子。

2.根据权利要求1所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：正电极为第一铜材料层，负电极为第二铜材料层；正电极与第一柔性膜之间设有第一银材料层，负电极与第一柔性膜之间设有第二银材料层；第一银材料层外部轮廓与正电极外部轮廓相适配，第二银材料层外部轮廓与负电极外部轮廓相适配；第一银材料层层和第二银材料层均设于密闭空间内部。

3.根据权利要求2所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：第二柔性膜的背面设有覆盖有铝膜。

4.根据权利要求3所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：第一柔性膜和第二柔性膜均为塑料材料制成的柔性膜。

5.根据权利要求4所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：相邻两个发热体之间设有间隙，每一个间隙均设有胶粘材料层，胶粘材料层设于第一柔性膜与第二柔性膜之间。

6.根据权利要求5所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：发热体上设有若干阵列分布的穿孔，每一个穿孔均自发热体的一端往发热体的另一端贯通。

7.根据权利要求5所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：每一个穿孔均呈六边形；连接端子为金属固定钉，金属固定钉的一端设于第一柔性膜的正面，金属固定钉的另一端设于铝膜的背面，金属固定钉的中间依次串接第一柔性膜、第一银材料层、正电极、发热体、第二柔性膜及铝膜；金属固定钉内部中间设有通孔，自金属固定钉的一端往金属固定钉的另一端贯通，金属固定钉的两端均设有凸出部位。

8.石墨烯地板，其设有如权利要求1至7任意一项所述的石墨烯柔性加热器，其特征在于：其还包括有地板和保温底座；石墨烯柔性加热器设于地板与保温底座之间，地板与石墨烯柔性加热器之间设有胶黏层，保温底座为聚氨酯材料制成的保温底座，保温底座与石墨烯柔性加热器的背面紧密连接。

9.根据权利要求8所述的石墨烯地板，其特征在于：保温底座呈方形，其与石墨烯柔性加热器接触的一端面设有至少一条凹槽，每一凹槽均自保温底座的一侧端往另一侧端贯通；石墨烯柔性加热器电性连接有电源，电源电性连接有开关。

10.根据权利要求9所述的石墨烯地板，其特征在于：电源电性连接有控制器，控制器电性连接有温度传感器和变压器，控制器与石墨烯柔性加热器电性连接；温度传感器安装在凹槽中，或者温度传感器安装在地板与石墨烯柔性加热器之间。