CN111298303A - 石墨烯理疗组件及其应用 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种石墨烯理疗组件及其应用。所述石墨烯理疗组件整体为圆弧板状结构，可用于康复理疗和取暖。本公开的石墨烯理疗组件外观完整光滑，透明美观，无噪，适用环境广泛。本公开的石墨烯康复理疗组件全透光材质和弧形聚焦外形双重增效，远红外线利用率提高，保证足够的理疗效果。

Description

石墨烯理疗组件及其应用
技术领域
本公开涉及医疗器械领域，特别涉及一种石墨烯理疗组件及其应用。
背景技术
石墨烯发热时辐射6～14微米远红外线，与人体自身的远红外频谱十分接近，能够有效激活人体细胞的核酸、蛋白质等生物大分子，促进血液循环，增强新陈代谢，改善人体机能。
专利CN208319716U公开了一种石墨烯理疗组件，将石墨烯膜片固定到铝板上，铝板开设通孔增强散热效果，并增加通过的远红外线。该理疗组件利用石墨烯受热发出远红外线的原理，并结合石墨烯的性质特点，通过通电使其自加热，能够较为可靠的发出远红外线对人体进行理疗，对人体健康具有一定的有益效果。
发明内容
本公开要解决的技术问题是：现有石墨烯加热理疗组件，将石墨烯膜片固定到铝板上，铝板没有开设通孔的部位遮挡住大部分的远红外线，降低了理疗效果；另外，铝板将远红外线反射回石墨烯膜片，被照射到的位置产生局部高温，缩短了理疗组件的使用寿命；再者，石墨烯膜片固定到平面铝板上，透过的远红外线照射到人体的患处和非患处，照射到患处的远红外线只有透过的远红外线的一部分，理疗效率降低。
本公开提供了一种石墨烯弧形透明理疗组件，其外观透明，石墨烯发热辐射的远红外线基本可以完全照射到人体，弧形结构可聚焦远红外线，使得大部分的远红外线聚焦到患处，提高理疗效果。
具体来说，本公开提出了如下技术方案：
一方面，本公开的一些实施方式提供了一种石墨烯理疗组件，所述石墨烯理疗组件整体为圆弧板状结构。
本公开的一些实施方式中，所述石墨烯理疗组件包括圆弧板状基板和设置在圆弧板状基板凹面侧的石墨烯电热膜，可选地，所述石墨烯电热膜为透明石墨烯电热膜。
本公开的一些实施方式中，所述圆弧板状基板对应的圆心角为60～180°，可选地，所述圆弧板状基板对应的圆心角为90～150°，例如120°；可选地，所述圆弧板状基板的弦长为20～40cm，可选地，28～32cm，例如30cm。
本公开的一些实施方式中，所述圆弧板状基板为透明材质，可选地，所述圆弧板状基板选自有机聚合物基板或无机玻璃基板，可选的，所述有机聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，所述无机玻璃选自硼硅玻璃或普通玻璃；可选地，所述圆弧板状基板选自玻璃纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
本公开的一些实施方式中，石墨烯电热膜通过透明粘合剂粘贴到圆弧板状基板凹面侧。
本公开的一些实施方式中，所述石墨烯理疗组件还包括透明覆盖层，所述透明覆盖层设置于石墨烯电热膜和圆弧板状基板的凹面侧。
本公开的一些实施方式中，所述透明覆盖层为透明涂层。
本公开的一些实施方式中，所述透明涂层通过如下方法制备到石墨烯电热膜的凹面侧：
将涂料涂布到石墨烯电热膜和圆弧板状基板的凹面侧，固化，可选地，固化温度为30～70℃，例如45℃；
再将涂料涂布到石墨烯电热膜和圆弧板状基板的凹面侧，升温固化，可选地，重复该步骤1～3次。
本公开的一些实施方式中，所述升温固化为后一次涂布比前一次涂布升温3～7℃，例如5℃。
另一方面，本公开的一些实施方式提供了一种便携式取暖理疗仪，包括上述的石墨烯理疗组件。
本公开的有益效果包括：
1.本公开的石墨烯理疗组件外观完整光滑，透明美观，无噪，适用环境广泛；
2.本公开的石墨烯理疗组件全透光材质和弧形聚焦外形双重增效，远红外线利用率提高，保证足够的理疗效果，并可根据医生指导做专业的康复治疗使用。
附图说明
图1为实施例1中的石墨烯理疗组件示意图。
图2为实施例1中的石墨烯理疗组件分解示意图，图中，1-透明覆盖层，2-石墨烯电热膜，3-圆弧板状基板。
图3是实施例2中不同理疗组件对应圆心角度数的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，基于本公开中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。
需要注意的是，本文所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。
在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“石墨烯”或指的是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，包括掺杂或不掺杂的石墨烯，“单层石墨烯”是仅一层碳原子形成的石墨烯。
本公开提供了一种石墨烯理疗组件，整体为圆弧板状结构，从而使得石墨烯发热产生的远红外在圆弧板对应的圆心处聚焦。
本公开的一些实施方案中，圆弧板状石墨烯理疗组件包括圆弧板状基板和设置在圆弧板状基板凹面侧的石墨烯电热膜。
石墨烯电热膜包括绝缘保护层、石墨烯发热层和设置在石墨烯发热层表面的电极，所述石墨烯发热层为单层或少层石墨烯，所述石墨烯发热层和所述电极位于所述绝缘保护层内。绝缘保护层可选用聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)或聚碳酸酯(PC)等膜片，能够得到柔性的石墨烯电热膜。采用少层石墨烯(例如1～3层石墨烯)发热时，还能制得透明柔性的石墨烯电热膜。
与普通电阻类似，通过改变石墨烯电热膜两端的电压或流过石墨烯电热膜的电流，也非常方便地调整石墨烯电热膜的发热量，常规调节电阻温度用的电路设计即用于调整石墨烯电热膜的表面温度。
透明石墨烯电热膜以大尺寸石墨烯为发热层。通常来说，只有较大尺寸(例如2cm×2cm，10cm×20cm)的石墨烯作为发热材料才能制得透明的石墨烯电热膜，而小尺寸(例如毫米级或微米级)的石墨烯微片通过堆叠形成的石墨烯膜片透光率很低，一般只能制成黑膜。通过调整石墨烯电热膜中的石墨烯层数，可以改变石墨烯电热膜的阻值，从而调整发热功率。
可选地，大尺寸的石墨烯可采用化学气相沉积法制备，透明石墨烯电热膜可通过CN105517215B的方法制备。
本公开的一些实施方案中，所述圆弧板状基板对应的圆心角为60～180°。例如可以是70～170°，80～160°，90～150°，100～140°，110～130°或者115～120°。对于弦长一定的圆弧状基板，圆心角越小，远红外线汇聚的焦点处(圆心位置)稳定温度越低；而圆心角越大，远红外线汇聚的焦点处稳定温度越高。
本公开的一些实施方案中，所述圆弧板状基板对应的弦长为20～40cm，可选地，例如28cm，30cm，或32cm，不仅方便携带，也与人体的肢体尺寸较为匹配。
本公开的一些实施方案中，圆弧板状基板为透明材质，整体透明从而提高理疗组件的可观赏性。可选地，所述圆弧板状基板选自有机聚合物基板或无机玻璃基板。采用有机聚合物基板能够整体降低理疗组件的重量，方便携带，且不易摔坏。有机聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，在正常使用温度范围内能够有效耐热形变。圆弧板状基板还可选自纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯，进一步改善理疗组件的耐用性。无机玻璃基板可选用高硼硅玻璃或普通玻璃，由于高硼硅玻璃和普通玻璃耐热形变性能一般，使用时需要注意温度不能太高。
本公开的一些实施方案中，所述石墨烯理疗组件的凹面侧还有透明覆盖层，可选地，所述透明覆盖层为透明涂层，例如环氧树脂涂层或聚脲涂层或环氧聚脲涂层。环氧树脂涂层可用双酚A型环氧树脂，酸酐类固化剂，制备得到的涂层不发黄。在环氧树脂涂料中添加聚脲涂料，可提高涂层的热稳定性和柔韧性。
本公开的一些实施方案中，提供了石墨烯理疗组件的使用方法，包括高温照射治疗和低温温疗等模式，适用于腰酸腿痛、跌打扭伤、关节风湿、韧带恢复、积液吸收等等人体区域炎症。高温照射治疗模式中，理疗组件的表面温度调至高达90℃。例如，韧带损伤、积液、跌打扭伤等，将患处放于远红外线汇聚焦点附近，按照医嘱的时间和温度要求，进行高温照射，能够取得良好的治疗效果。低温温疗模式中，适合将石墨烯理疗组件温度调至不超过45℃，再靠近或者贴着皮肤进行理疗。例如，慢性或者老年性病变，可将肢体置于理疗组件凹面发热区上，调整温度，进行30-40分钟长时间温疗，远红外线不单作用于患处，同时作用于周边组织，使得肢体的大面积区域都处于一个舒服的温疗环境。
本公开的一些实施方案中，石墨烯理疗组件还可用于取暖器上，单独或辅助取暖。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的石墨烯理疗组件包括透明覆盖层1，石墨烯电热膜2和圆弧状基板3。圆弧状基板3采用玻璃纤维增强PMMA，不仅透明美观，还具有足够的抗冲击性能和韧性，同时具有足够的热稳定性，从而保护组件稳定使用。石墨烯电热膜2为透明柔性石墨烯电热膜，采用2层石墨烯发热，石墨烯表面设银浆电极，绝缘保护层为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。由于石墨烯电热膜2柔性可弯折，能够与圆弧状基板3的形状吻合。通过光固化透明粘合剂粘贴到圆弧状基板3的凹面，紫外线照射10秒固化，再在阳光下通风固化6小时，达到理想的附着力和抗热解能力。透明覆盖层1为环氧聚脲涂层，环氧聚脲涂层的稳定性好，透光透热性极佳，与圆弧状基板3和石墨烯电热膜2的结合力高，可以在保护石墨烯发热膜片的同时增加理疗组件整体的结合力。采用质量比为3:1的双酚A型环氧树脂和酸酐固化剂，加入二氧化硅填料，缓慢搅拌15分钟得到环氧涂料，采用质量比为2:1的二苯基甲烷二异氰酸酯和端氨基聚醚混合搅拌10分钟得到聚脲涂料，将环氧涂料和聚脲涂料以质量比为9:1进行混合，得到环氧聚脲涂料，再涂布到圆弧状基板3和石墨烯电热膜2表面，形成环氧聚脲涂层。环氧聚脲涂层厚度约5mm，通过5次涂布形成。为了消除不同时间形成的涂层之间的应力，提高涂层热稳定性，在圆弧状基板3的凹面贴好石墨烯电热膜2后，涂布第一层涂料时，盖住石墨烯电热膜2和圆弧状基板3的凹面，45℃低温固化；第二次涂布主要是找平石墨烯电热膜片和电路占据的空间上的凹凸不平，在石墨烯电热膜2和圆弧状基板3的凹面侧形成一个光滑平整的弧面，升5℃固化，之后的三层依次均匀涂抹固化，均比之前升高5℃进行固化。这种阶梯型的升温固化可以有效消除不同固化层间的应力缺陷。
实施例2
如图3和表1所示，本实施例测试了具有不同圆心角度数的理疗组件的焦点温度，圆弧板状基板的弦长为30cm，石墨烯电热膜的表面温度均调节到95℃。
表1不同圆心角理疗组件的焦点温度
圆心角 焦点处稳定温度
60° 27℃
90° 33℃
120° 42℃
150° 49℃
180° 54℃
通过图3可以看出，对于弦长一定的圆弧状基板，圆心角越小，圆弧板状基板的半径越小，也就是远红外线汇聚时的焦点距离圆弧板状基板的距离越近；而圆心角越大，远红外线汇聚时的焦点距离圆弧板状基板的距离越远。通过表1可以看出，圆心角越大，焦点处稳定温度越高。结合图3和表1可以看出，圆心角较大，焦点处稳定温度较高，但是理疗组件整体体积较大；而圆心角较小虽然美观，理疗组件整体体积较小，但是焦点处稳定温度较低。综合而言，圆心角在120°左右能够较好地平衡产品体积和焦点温度。

Claims (10)

1.一种石墨烯理疗组件，其特征在于，所述石墨烯理疗组件整体为圆弧板状结构。
2.根据权利要求1所述的石墨烯理疗组件，其中，所述石墨烯理疗组件包括圆弧板状基板(3)和设置在所述圆弧板状基板(3)凹面侧的石墨烯电热膜(2)，可选地，所述石墨烯电热膜(2)为透明石墨烯电热膜。
3.根据权利要求2所述的石墨烯理疗组件，其中，所述圆弧板状基板(3)对应的圆心角为60～180°，可选地，所述圆弧板状基板(3)对应的圆心角为90～150°，例如120°；可选地，所述圆弧板状基板(3)的弦长为20～40cm，可选地，28～32cm，例如30cm。
4.根据权利要求2或3所述的石墨烯理疗组件，其中，所述圆弧板状基板(3)为透明材质，可选地，所述圆弧板状基板(3)选自有机聚合物基板或无机玻璃基板，可选的，所述有机聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，所述无机玻璃选自硼硅玻璃或普通玻璃；可选地，所述圆弧板状基板(3)选自玻璃纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
5.根据权利要求2-4任一项所述的石墨烯理疗组件，其中，所述石墨烯电热膜(2)通过透明粘合剂粘贴到所述圆弧板状基板(3)凹面侧。
6.根据权利要求2-5任一项所述的石墨烯理疗组件，其中，所述石墨烯理疗组件还包括透明覆盖层(1)，所述透明覆盖层(1)设置于所述石墨烯电热膜(2)和所述圆弧板状基板(3)的凹面侧。
7.根据权利要求6所述的石墨烯理疗组件，其中，所述透明覆盖层(1)为透明涂层。
8.根据权利要求7所述的石墨烯理疗组件，其中，所述透明涂层通过如下方法制备到所述石墨烯电热膜(2)的凹面侧：
将涂料涂布到所述石墨烯电热膜(2)和所述圆弧板状基板(3)的凹面侧，固化，可选地，固化温度为30～70℃，例如45℃；
再将涂料涂布到所述石墨烯电热膜(2)和所述圆弧板状基板(3)的凹面侧，升温固化，可选地，重复该步骤1～3次。
9.根据权利要求8所述的石墨烯理疗组件，其中，所述升温固化为后一次涂布比前一次涂布升温3～7℃，例如5℃。
10.一种便携式取暖理疗仪，包括权利要求1-9任一项所述的石墨烯理疗组件。
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