CN115379605A - 一种石墨烯发热薄膜、组件、系统及温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯材料制备应用领域，具体地涉及一种石墨烯发热薄膜、组件、系统及温度控制方法；包括第一热封膜、发热薄膜以及第二热封膜；所述发热薄膜包括与所述第一热封膜连接的石墨烯导热膜以及与所述石墨烯导热膜贴合设置的加热层，所述加热层与所述第二热封膜贴合设置；所述加热层包括均匀排布的电极载流条，所述电极载流条与所述第二热封膜之间设置有绝缘层；本发明提供基于石墨烯材料制备的石墨烯发热薄膜以及基于石墨烯发热薄膜组成的石墨烯发热组件能够实现对于空间的加热，并且基于石墨烯发热组件配置有石墨烯发热控制系统以及配置在石墨烯发热系统中的温度控制装置能够实现对于加热过程进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯材料制备应用领域，具体地涉及一种石墨烯发热薄膜、组件、系统及温度控制方法。
背景技术
电加热技术具有清洁能源、热转换效率高、铺装设计方便等显著优点，在现代建筑、采暖工程、装饰装修等领域得到广泛的应用。针对传统的电加热技术效率低的缺点，发展低电阻、高导热性、高耐热稳定性的高性能炭基发热材料正成为未来发展的必然趋势。
石墨烯(Graphene)是一种由单层碳原子排列呈六角形网状结构的碳质新型的薄膜材料。单层石墨烯中的电子与空穴载流子迁移率有望在温度为下最大达到硅的100倍。石墨烯是已知材料中最薄最牢固坚硬的材料，这些优异的性能使其在电子乃至加热领域有着巨大的应用价值。自2004年英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫从定向石墨中使用胶带剥离出石墨烯薄膜以来,石墨烯薄膜以其特有的性质已经逐渐成为新材料领域最吸引人的材料之一。
但在现有技术中，针对于石墨烯材料在电加热领域利用石墨烯材料物理性质能够实现稳定的加热处理。但目前针对于石墨烯发热膜在加热领域使用时具有产品构造复杂，安装不方便、产品使用安全度较低的问题，并且因为现有的石墨烯制备工艺的限制，导致最终成型的石墨烯加热组件的热效率低的温度，还因为现有的石墨烯组件形成的整体地暖系统智能化程度低，导致温度控制以及热资源的浪费。
并且在实际的石墨烯发热薄膜在家庭使用场景下，针对于石墨烯发热装置的需求具有以下三个方面的需要：
1.生活环境的健康舒适要求：室内健康舒适是人们正常使用建筑的重要保障，室内热湿环境的质量是重要一个方面。冬季采暖既可以有效改善室内温度，又可以只针对需要改善室内的潮湿性能。
2.建材产品的安全耐久要求：建筑空间的使用安全是人们生活的最基本前提，耐久性越好则建筑使用时间越长、资源消耗越少。
3.资源结余的要求，建材产品在生产、安装、运维阶段的传统模式已经不符合对于建筑环境高品质的要求，高效能、节材、节省能源消耗、降低成本的建材产品生产运维方式时必然趋势；同时建材产品的集成一体化、装配式安装、智能管理运维成为发展方向。
发明内容
本申请实施例提供一种石墨烯发热薄膜、组件、系统及温度控制方法，通过对现有的石墨烯发热薄膜的材料组成、制备方法以及发热组件结构的改进，降低了产品构造复杂，安装不方便、产品使用安全度较低，通过对现有石墨烯发热控制的改进，提高了整体热控制的精确度，降低了热损耗。
为了达到上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，一种石墨烯发热薄膜，包括第一热封膜、发热薄膜以及第二热封膜；所述发热薄膜包括与所述第一热封膜连接的石墨烯导热膜以及与所述石墨烯导热膜贴合设置的加热层，所述加热层与所述第二热封膜贴合设置；所述加热层包括均匀排布的电极载流条，所述电极载流条与所述第二热封膜之间设置有绝缘层。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一热封膜、所述绝缘层包括热封型PET薄膜，所述第二热封膜包括真空镀铝层PET薄膜。
第二方面，一种石墨烯发热薄膜制备方法，用于对上述任一项所述的石墨烯发热薄膜进行制备成型，包括以下方法：制备发热薄膜，所述发热薄膜的制备方法包括：将氧化石墨烯的水溶液和催化剂混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液在所述电极载流条表面进行涂覆、干燥得到氧化发热薄膜；将所述氧化薄膜进行还原，得到第一发热薄膜；将所述第一发热薄膜进行高温石墨化处理得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜，将石墨化后的第二发热薄膜进行压延得到所述发热薄膜。
在第二方面的第一种可能的实现方式中，将所述第一发热薄膜进行高温石墨化处理得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜，包括：对所述第一发热薄膜在高温条件下布置铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨，得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，还包括在所述第一热封膜、所述绝缘层、所述第二热封膜与所述发热薄膜接触表面通过胶体粘附方式结合。
第三方面，一种石墨烯发热装置，包括上述任一项所述的石墨烯发热薄膜，还包括与所述石墨烯发热薄膜中第二热封膜连接的基层板，与所述电极载流条连接的电缆；所述石墨烯发热薄膜与所述基层板通过连接组件实现固定连接，所述连接组件包括固定螺丝。
第四方面，一种石墨烯发热系统，包括所述的多个石墨烯发热装置，所述石墨烯发热装置被配置于不同的空间实现对应空间的发热装置；还包括与多个所述石墨烯发热装置通信的控制系统，所述控制系统包括与多个电缆连接的控制部件，以及与所述控制部件连接的多个温度传感器，所述多个温度传感器被配置在多个不同空间内，用于采集多个所述石墨烯发热装置所处多个空间的实时温度；所述控制系统还包括与多个温度传感器通信的温度控制装置，所述温度控制装置内配置有温度控制模型，用于基于多个所述温度传感器获取的多个实时温度，并基于多个实时温度通过控制部件调节对应多个空间内的温度。
第五方面，一种石墨烯发热系统控制方法，基于上述的石墨烯发热系统对所述石墨烯发热装置进行温度控制，具体包括以下方法：基于多个所述温度传感器获取多个实时温度；将多个所述实时温度与目标温度进行比较得到温度差值，所述目标温度为预设温度值；基于所述温度差值获得温度控制策略；基于温度控制策略通过温度控制模型控制电缆的输出功率。
在第五方面的第一种可能的实现方式中，基于所述温度差值获得温度控制策略，包括以下方法：当所述温度差值为正时，所述控制策略为第一策略；当所述温度差值为负时，所述控制策略为第二策略；所述第一策略为降低所述电缆的输出功率，所述第二策略为提高所述电缆的输出功率。
结合第五方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，基于温度控制策略通过温度控制模型控制电缆的输出功率，包括以下方法：基于所述控制策略确定目标参数；基于目标参数、所述实时温度数据和所述控制模型确定所述电缆的输出功率，具体包括以下：获得温度-湿度影响参数；获取实时温度数据和目标参数；基于所述温度-湿度影响参数、实时环境数据和目标参数确定目标调节参数；基于所述目标调节参数对所述电缆的输出功率进行控制；所述温度-湿度影响参数的获得包括：获取历史温度数据和历史湿度数据；基于所述历史温度数据和所述历史湿度数据以对应的多个时间节点构建随时间变化的温度-湿度影响参数，具体包括：基于所述历史温度数据和所述历史湿度数据构建温度变化曲线和湿度曲线；获取相邻两个时间节点的历史温度数据和历史湿度数据，并得到多个温度变化率和多个石墨烯导热变化率；基于对应时间节点温度变化率和湿度变化率确定多个温度-湿度影响参数；基于多个温度-湿度影响参数取中位值得到目标温度-湿度影响参数。
本申请实施例提供的技术方案中，提供基于石墨烯材料制备的石墨烯发热薄膜以及基于石墨烯发热薄膜组成的石墨烯发热组件能够实现对于空间的加热，并且基于石墨烯发热组件配置有石墨烯发热控制系统以及配置在石墨烯发热系统中的温度控制装置能够实现对于加热过程进行控制。在本申请实施例中，石墨烯发热薄膜具有发热效率高，热稳定性高的优点，并且通过对应的石墨烯发热薄膜制备方法实现了石墨烯薄膜稳定性高的效果，石墨烯发热组件具有结构简单，安装方案的优点。并且在本申请实施例提供的方案中，温度控制方法为自适应算法，能够实现对于实时温度的精准调控，提高了石墨烯发热组件的热效率，降低了多余的热损耗，并且提高了石墨烯发热薄膜的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。
附图中的方法、系统和/或程序将根据示例性实施例进一步描述。这些示例性实施例将参照图纸进行详细描述。这些示例性实施例是非限制的示例性实施例，其中示例数字在附图的各个视图中代表相似的机构。
图1是本申请实施例提供的石墨烯发热薄膜结构示意图；
图2是本申请实施例提供的石墨烯发热装置结构示意图；
图3是本申请实施例提供的石墨烯发热系统结构框图；
图4是本申请实施例提供的石墨烯系统控制方法过程示意图；
图5是本申请实施例提供的石墨烯发热薄膜制备过程示意图。
图示：
200-石墨烯发热薄膜；300-基层板；400-电缆；500-固定螺丝；
210-第一热封膜；220-发热薄膜；230-加热层；240-绝缘层；250-第二热封膜。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
在下面的详细描述中，通过实例阐述了许多具体细节，以便提供对相关指导的全面了解。然而，对于本领域的技术人员来说，显然可以在没有这些细节的情况下实施本申请。在其他情况下，公知的方法、程序、系统、组成和/或电路已经在一个相对较高水平上被描述，没有细节，以避免不必要的模糊本申请的方面。
本申请中使用流程图说明根据本申请的实施例的系统所执行的执行过程。应当明确理解的是，流程图的执行过程可以不按顺序执行。相反，这些执行过程可以以相反的顺序或同时执行。另外，可以将至少一个其他执行过程添加到流程图。一个或多个执行过程可以从流程图中删除。
参阅图3，本实施例提供一种石墨烯控制系统，包括多个石墨烯发热装置以及与多个石墨烯发热装置通信的控制系统。在本实施例中，多个石墨烯发热装置被配置在不同的空间实现对应空间的发热装置，可以理解的，在本实施例中石墨烯发热装置被设置于一定封闭的空间内，主要为室内，其中在本实施例中石墨烯发热装置配置于家庭室内空间。因为家庭的室内空间为多个独立的空间组成，为了实现对于不同空间温度的控制，则将整体家庭空间分割为多个室内空间，通过在多个室内空间内配置不同的石墨烯发热装置实现不同空间内的温度控制。
此逻辑可以参考目前的中央空调的控制逻辑，即在每一个独立的空间内设置控制部件，通过不同的控制部件实现对应空间内的空调的开启闭合，温度的升高和降低。
在本实施例中，控制系统与石墨烯发热装置主要工作模块进行通信和连接，其中石墨烯发热装置的主要工作模块为电缆，电缆为石墨烯发热装置进行电加热的主要部件，通过电缆的输出功率进行控制实现温度升高的控制。
在本实施例中，控制系统包括多个控制部件，其中任一个控制部件被配置于独立空间内实现独立空间内的温度的控制。其中多个控制部件与石墨烯发热装置中的电缆进行连接。还包括与控制部件连接的多个温度传感器，其中每一个温度传感器的配置逻辑与控制部件的配置逻辑相同，即在每一个独立的控制空间内配置有独立的温度传感器与独立的控制部件连接。其中，可以理解的温度传感器用于获取独立空间内的实时温度。
在本实施例中，控制系统中还设置有与多个温度传感器通信的温度控制装置，其中温度控制装置内配置有温度控制模型，其中温度控制模型分别与多个温度传感器和多个控制部件连接，温度控制模型基于温度传感器获取的实时温度信息进行确定控制策略，通过控制策略确定具体的控制行为，基于控制行为通过对应的控制部件对电缆的输出功率进行控制，从而控制对应空间内的温度。
参阅图2，本申请实施例提供的石墨烯发热装置结构示意图，包括图1中的石墨烯发热薄膜，还包括与石墨烯发热薄膜中第二热封膜连接的基层板，以及与电极载流条连接的电缆，其中石墨烯发热薄膜与基层板通过连接组件实现固定连接，其中连接组件包括固定螺丝。
本实施例提供的石墨烯发热装置铺设于地面主要为供暖部件，具有以下技术效果：
本实施例提供的石墨烯发热装置能够实现热能单向反射，实现热能效利用率的提高。在现有的石墨烯电热膜地暖产品在实际安装中多采用完全分开的构造工艺，为提高石墨烯电热膜发热的热能利用效率大多在底面找平后涂反射涂料或粘粘反射铝膜，上面先安装保温板或基层板，再安装石墨烯发热装置。这样的分层构造导致发热后因被相关材料吸收等原因导致热能散失，热能的实际利用效率降低。本实施例将热反射层提到产品上面和采用二次封装工艺结合集成一体，采用的二次封装上层材料为透明热封型PET薄膜，最大限度减少热能传递损失，采用二次封装下部材料将发热膜的热能直接、高效的向上单向反射，最大化提高能效利用。
并且，本实施例提供的石墨烯发热装置为集成一体化装置，在实际生产过程中能够有效的降低生产成本。而现有的石墨烯电热膜装置大多采用四至五层构造，从上而下依次为：防水布、石墨烯电热膜、保温隔热板、基层板、热反射涂料或反射铝膜。在实际安装施工中防水布、热反射涂料或反射铝膜实际用量均有加大量浪费，保温隔热板采用成本较高。在本实施例提供个的石墨烯发热装纸的封装结构为一体化板，大大降低产品成本，使得产品的结构更为简单。
本实施例提供石墨烯发热装置因为二次封装的原因，具有较高的安全性和耐久性。在现有的石墨烯发热装置因为大多未采用二次封装工艺，作为发热核心组件的石墨烯电热膜在连接通电配件时封装过于简单。容易在实际使用中因各种变形和气候温湿条件变化发生漏电等安全问题。本实施例中采用的封装结构能够有效提高防漏电等安全性，又因为采用热压封装技术能够在生产安装过程中视现场实际情况快速调整产品尺寸满足实用需求。同时简化后的石墨烯发热装置为集成一体化产品，能够小解决现有产品狗仔在多次冷热循环过程中的构造脱开问题和材料性能损失，提高了石墨烯电热装置的耐久性能。
本实施例提供的石墨烯发热装置为预制成品，安装施工运维简便，可实现智能化管控，充分体现了建材产品在安装过程中的装配式施工、运维阶段智能管理的发展方向。
在本实施例中，温度控制模型为一种算法模型，基于算法模型提供一种石墨烯发热系统控制方法，参阅图4，对本方法进行详细的说明。在控制方法进行详细说明之前，需要说明控制方法的设置背景。
因为石墨烯发热系统设置于家庭空间内，其中使用石墨烯发热系统主要为南方未设置集中供暖的地区，因为在南方环境中空气湿度较高，在进行温度控制过程中，需要考虑湿度对于温度的影响。所以，本实施例的控制逻辑虽然与中央空调相近似，但与中央空调的温度控制不同在于，因为发热系统的为持续工作，需要对每一时间段的温度进行精准的控制，则与中央空调不同中央空调对于温度的获取就中央空调配置在出风口的传感器，基于出门口传感器获取的实时温度与目标温度进行比对确定需要提高的温度区间，并且通过温度传感器获取与目标温度相同的实时温度则处于休眠状态不进行高功率的温度输出，此过程为非连续作业，并且因为中央空调的输出功率的开启和闭合，其温度控制不精准。
针对于本实施例提供一种石墨烯发热系统控制方法，包括以下过程：
步骤S410，基于多个温度传感器获取多个实时温度。
步骤S420，将多个实时温度与目标温度进行比较得到温度差值。
其中，目标温度为预设温度值。
步骤S430，基于温度差值获取温度控制策略。
步骤S440，基于温度控制策略通过温度控制模型控制电缆的输出功率。
在本实施例中，当温度差值为正时，控制策略为第一策略。当温度差值为负时，控制策略为第二策略。其中第一策略为降低电缆输出功率，第二策略为提高电缆输出功率。
在本实施例中，针对于步骤S440，还包括以下处理过程：
步骤S441，获取历史温度数据和历史湿度数据。
在本实施例中，历史温度数据和历史湿度数据可以为多个衍生充电桩所获取的多个历史温度数据和多个历史湿度数据。
步骤S442，基于历史温度数据和历史湿度数据以对应的多个时间节点构建随时间变化的温度-湿度影响参数。
在本实施例中，针对此步骤具体包括以下方法：
基于历史温度数据和历史湿度数据构建温度变化曲线和湿度变化曲线。
获取相邻两个时间节点的历史温度数据和历史湿度数据，并得到多个温度变化率和多个湿度变化率。在本实施例中，温度变化率和湿度变化率为多个时间节点之间比较得到的温度以及湿度的变化情况。
基于对应时间节点温度变化率和湿度变化率确定多个温度-湿度影响参数。在本实施例中，温度-湿度影响参数为温度变化率和湿度变化率的除积，即将温度变化率与湿度变化率相除，得到的结果为温度-湿度影响参数。
基于多个温度-湿度影响参数去中位值得到目标温度-湿度影响参数。在本实施例中，针对于中位值的取值设定基于取值的最大可能性进行确定。因为本实施例中的变化趋势相对来讲为较为平稳，则并不存在变化量较大的情况，所以针对目标温度-师傅影响参数的取值不需要进行较为精确的调控，如果要实现精准的调控可以采用聚类算法实现，本实施例中不再进行详细描述。
步骤S443.确定目标调节参数。
具体包括以下方法：
步骤S4431.基于控制策略确定目标参数。
在本实施例中，因为控制策略包括第一策略和第二策略。其中每一种策略对应每一个目标参数，其中目标参数用于表征待控制的环境类型。
在本实施例中，目标调节参数为对应需要调节的环境数据类型以及对应环境数据类型所对应的目标环境数据。即当
步骤S4432.基于目标调节参数对电缆的输出功率进行控制。
包括以下步骤：
步骤S44321.获取输出功率控制参数。
在本实施例中，针对于输出功率控制参数的获得包括以下方法：
基于历史温度上升数据构建温度上升曲线，基于理想环境下的模拟温度上升变化得到理想温度上升曲线，基于温度上升曲线确定对应的电缆最大运作功率值，基于理想温度上升曲线确定对应的电缆做功曲线。
获取温度上升曲线与理想温度曲线的差值、环境控制单元做功曲线以及所述环境控制单元最大运作功率值，分别计算得到对自适应PID算法的当前控制参数Kp、Ki、Kd的影响因子△Kp、△Ki、△Kd。
基于Kp、Ki、Kd和△Kp、△Ki、△Kd计算得到新的输出功率控制参数。
步骤S44322.基于目标调节参数、输出功率控制参数对环境控制单元的输出功率进行控制。
在本实施例中，基于目标调节参数确定待加热温度，基于待加热温度和输出功率控制参数确定环境控制单元的输出功率。
以上提供的石墨烯发热系统以及发热系统控制方法，能够实现石墨烯发热系统的发热的精准控制，实现了智能家居的高效利用。
在本实施例中，以上模块以及各单元之间通过直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。并且包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器中或固化在电子设备的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如基于门禁数据管理方法所对应装置包括的软件功能模块及计算机程序等。
在本实施例中，以上的处理方法可以配置于及其可读存储介质内，其中，机器可读存储介质可以储存数据和/或指令。一种示例性的设计思路中，机器可读存储介质可以存储从外部终端获取的数据。一种示例性的设计思路中，机器可读存储介质可以储存用于门禁数据管理系统用来执行或使用来完成本发明中描述的示例性方法的数据及/或指令。一种示例性的设计思路中，机器可读存储介质可包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等或其任意组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态磁盘等。示例性可移动存储器可以包括闪存驱动器、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。示例性易失性读写存储器可以包括随机存取内存(RAM)。示例性RAM可包括主动随机存取存储器(DRAM)、双倍数据速率同步主动随机存取存储器(DDR SDRAM)、被动随机存取存储器(SRAM)、晶闸管随机存取存储器(T-RAM)和零电容随机存取存储器(Z-RAM)等。示例性只读存储器可以包括掩模型只读存储器(MROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(PEROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)和数字多功能磁盘只读存储器等。其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行所述程序。通信单元用于通过网络建立服务器与终端之间的通信连接，并用于通过网络收发数据。一种示例性的设计思路中，机器可读存储介质可以在云平台上实现。仅作为示例，云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布云、内部云，多层云等，或其任意组合。
针对于此实施例提供的控制方法，还包括至少一个处理器执行机器可读存储介质存储的计算机可执行指令，使得处理器可以执行如上方法实施例的用于门禁数据管理方法，处理器、机器可读存储介质以及通信单元依据总线连接，处理器可以用于控制通信单元的收发动作。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP))、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
需要理解的是，针对上述内容没有进行名词解释的技术术语，本领域技术人员可以根据上述所公开的内容进行前后推导毫无疑义地确定其所指代的含义，例如针对一些阈值、系数等术语，本领域技术人员可以根据前后的逻辑关系进行推导和确定，这些数值的取值范围可以根据实际情况进行选取，例如0.1～1，又例如1～10，再例如50～100，在此均不作限定。
本领域技术人员可以根据上述已公开的内容毫无疑义对一些预设的、基准的、预定的、设定的以及偏好标签的技术特征/技术术语进行确定，例如阈值、阈值区间、阈值范围等。对于一些未作解释的技术特征术语，本领域技术人员完全能够基于前后文的逻辑关系进行合理地、毫无疑义地推导，从而清楚、完整地实施上述技术方案。未作解释的技术特征术语的前缀，例如“第一”、“第二”、“示例”、“目标”等，可以根据前后文进行毫无疑义地推导和确定。未作解释的技术特征术语的后缀，例如“集合”、“列表”等，也可以根据前后文进行毫无疑义地推导和确定。
另外，本领域普通技术人员可以理解的是，本申请的各个方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可以被称为“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可以表现为位于至少一个计算机可读介质中的计算机产品，所述产品包括计算机可读程序编码。
计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤缆线、RF、或类似介质、或任何上述介质的组合。
本申请各方面执行所需的计算机程序码可以用一种或多种程序语言的任意组合编写，包括面向对象程序设计，如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET，Python等，或类似的常规程序编程语言，如"C"编程语言，Visual Basic，Fortran2003，Perl，COBOL 2002，PHP，ABAP，动态编程语言如Python，Ruby和Groovy或其它编程语言。所述程式设计编码可以完全在用户计算机上执行、或作为独立的软体包在用户计算机上执行、或部分在用户计算机上执行部分在远程计算机执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网络(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
在本实施例中，需要对石墨烯发热系统中的石墨烯发热装置进行详细的描述。石墨烯发热装置为主要的发热执行部件，通过石墨烯发热薄膜实现电加热后的加热处理，能够对空间进行升温处理。
其中，石墨烯发热装置，包括石墨烯发热薄膜，还包括与所述石墨烯发热薄膜连接的基层板，其中石墨烯发热薄膜与基层板之间通过连接组件连接，在本实施例中连接组件包括固定螺丝。其中，为了实现石墨烯发热薄膜的稳定的固定，针对于固定螺丝的数量可以进行相应的配置，即可以按照一定密度在石墨烯发热薄膜与基层板中设置多个固定螺丝。
在石墨烯发热薄膜还配合连接有电缆，其中电缆为电加热的主要部件。
参阅图1，针对于石墨烯发热薄膜具体包括第一热封膜、发热薄膜以及第二热封膜；所述发热薄膜包括与所述第一热封膜连接的石墨烯导热膜以及与所述石墨烯导热膜贴合设置的加热层，所述加热层与所述第二热封膜贴合设置；所述加热层包括均匀排布的电极载流条，所述电极载流条与所述第二热封膜之间设置有绝缘层。
其中在本实施例中，第一热封膜、所述绝缘层包括热封型PET薄膜，所述第二热封膜包括真空镀铝层PET薄膜。
参阅图5，针对于石墨烯发热薄膜，在本实施例中还提供一种制备方法，包括以下的过程：
步骤S510，将氧化石墨烯的水溶液和催化剂混合，得到氧化石墨烯分散液。
在本实施例中，催化剂为单质催化剂、合金催化剂或化合物催化剂，所述单质催化剂为铁、铜、镍、钛、硅、硼、锆、钒、钼、铬和锰中的一种或几种。
其中合金催化剂为铁硅合金和/或钛铝合金。化合物催化剂为碳酸钙、氢氧化钙、氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、硅酸铁、氟化铜、氯化铜、氧化铜和六氟硅酸铜中的一种或几种。
本实施例将氧化石墨烯的水溶液和催化剂混合，得到氧化石墨烯分散液。在本实施例中，氧化石墨烯的水溶液中氧化石墨烯的固含量优选为2～7wt％，更优选为3～6wt％，最优选为5wt％。所述氧化石墨烯的片径优选为10～300μm，更优选为30～100μm，最优选为50μm。
在本实施例中，催化剂为单质催化剂、合金催化剂或化合物催化剂，优选为单质催化剂或化合物催化剂，最优选为化合物催化剂。在本发明中，所述催化剂的添加量优选为氧化石墨烯质量的0.01％～5％，更优选为1～4％，最优选为2％。
在本实施例中，混合的方式优选为搅拌。搅拌的时间优选为1～6h，转速优选为1000～5000rpm。在本实施例中，将氧化石墨烯的水溶液和催化剂混合后，优选将得到的混合液依次进行真空除泡和过滤。在本实施例中，真空除泡的时间优选为10～30min；真空度优选为100～200Pa。在本实施例中，过滤用滤网的孔径优选为200目。
在本实施例中，氧化石墨烯分散液阶段添加的催化剂，在高温石墨化阶段取代氧化石墨烯中的C原子，并形成新的化学键，其键长大于C-C键，使碳的扩散距离增长，扩散程度增大，进而加速石墨化进程，提高反应效率及降低反应温度，改善其微观结构，提高导热膜的导热性能。而且，降低反应温度，可以降低对设备的要求。同时由于反应效率的提高，极大地降低了成本。
本实施例中对氧化石墨烯和催化剂的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。
步骤S520，将氧化石墨烯分散液在所述电极载流条表面进行涂覆、干燥得到氧化发热薄膜。
在本实施例中，干燥的温度优选为20～100℃，更优选为50～60℃。
步骤S530，将氧化薄膜进行还原，得到第一发热薄膜。
得到氧化石墨烯膜后，本实施例将氧化石墨烯膜进行还原，得到石墨烯膜。在本实施例中，还原的方式优选为微波还原。其中微波还原的功率优选为100W～100KW，更优选为200W～2000W，最优选为500W。其中微波还原的时间优选为0.1～30min，更优选为10min。在本实施例中，进行微波还原时优选采用气氛进行保护或在真空条件下进行。在本实施例中，气氛优选为氮气、氩气、空气。
步骤S540，将第一发热薄膜进行高温石墨化处理得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜，将石墨化后的第二发热薄膜进行压延得到所述发热薄膜。
在本实施例中，此过程对第一发热薄膜在高温条件下布置铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨，得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜。
在本实施例中，所述高温处理的方式优选为：以0.5～5℃/min的升温速率将温度提升至2000～3000℃后，处理0.5h～3h。在本发明中，将石墨烯膜进行高温处理可以修复石墨烯膜内的微观结构缺陷，恢复石墨烯结晶度。在本实施例中，所述压延的压力优选为2～100MPa，更优选为30～60Mpa；所述压延的时间优选为120～240s。本发明进行压延可以进一步提高石墨烯膜的整体致密性。
步骤S550，将第一热封膜、所述绝缘层、所述第二热封膜与所述发热薄膜接触表面通过胶体粘附方式结合。
本申请实施例公开的上述内容对于本领域技术人员而言是清楚完整的。应当理解，本领域技术人员基于上述公开的内容对未作解释的技术术语进行推导和分析的过程是基于本申请所记载的内容进行的，因此上述内容并不是对整体方案的创造性的评判。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可以对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定术语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同部分两次或多次提到的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的至少一个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非申请专利范围中明确说明，本申请所述处理元件和序列的顺序、数位字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的申请专利范围并不仅限于披露的实施例，相反，申请专利范围旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件装置实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或行动装置上安装所描述的系统。
同样应当理解的是，为了简化本申请揭示的表述，从而帮助对至少一个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
Claims (10)
1.一种石墨烯发热薄膜，其特征在于，包括第一热封膜、发热薄膜以及第二热封膜；所述发热薄膜包括与所述第一热封膜连接的石墨烯导热膜以及与所述石墨烯导热膜贴合设置的加热层，所述加热层与所述第二热封膜贴合设置；所述加热层包括均匀排布的电极载流条，所述电极载流条与所述第二热封膜之间设置有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的石墨烯发热薄膜，其特征在于，所述第一热封膜、所述绝缘层包括热封型PET薄膜，所述第二热封膜包括真空镀铝层PET薄膜。
3.一种石墨烯发热薄膜制备方法，其特征在于，用于对所述权利要求1～2任一项所述的石墨烯发热薄膜进行制备成型，包括以下方法：
制备发热薄膜，所述发热薄膜的制备方法包括：将氧化石墨烯的水溶液和催化剂混合，得到氧化石墨烯分散液；将所述氧化石墨烯分散液在所述电极载流条表面进行涂覆、干燥得到氧化发热薄膜；将所述氧化薄膜进行还原，得到第一发热薄膜；将所述第一发热薄膜进行高温石墨化处理得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜，将石墨化后的第二发热薄膜进行压延得到所述发热薄膜。
4.根据权利要求3所述的石墨烯发热薄膜制备方法，其特征在于，将所述第一发热薄膜进行高温石墨化处理得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜，包括：
对所述第一发热薄膜在高温条件下布置铂量子点掺杂石墨烯基导电油墨，得到高温石墨化处理后的第二发热薄膜。
5.根据权利要求3所述的石墨烯发热薄膜制备方法，其特征在于，还包括在所述第一热封膜、所述绝缘层、所述第二热封膜与所述发热薄膜接触表面通过胶体粘附方式结合。
6.一种石墨烯发热装置，其特征在于，作为基本建筑单元应用于建筑物墙体或地面，包括权利要求1～2任一项所述的石墨烯发热薄膜，还包括与所述石墨烯发热薄膜中第二热封膜连接的基层板，与所述电极载流条连接的电缆；所述石墨烯发热薄膜与所述基层板通过连接组件实现固定连接，所述连接组件包括固定螺丝。
7.一种石墨烯发热系统，其特征在于，包括权利要求6所述的多个石墨烯发热装置，所述石墨烯发热装置被配置于不同的空间实现对应空间的发热装置；还包括与多个所述石墨烯发热装置通信的控制系统，所述控制系统包括与多个电缆连接的控制部件，以及与所述控制部件连接的多个温度传感器，所述多个温度传感器被配置在多个不同空间内，用于采集多个所述石墨烯发热装置所处多个空间的实时温度；所述控制子系统还包括与多个温度传感器通信的温度控制装置，所述温度控制装置内配置有温度控制模型，用于基于多个所述温度传感器获取的多个实时温度，并基于多个实时温度通过控制部件调节对应多个空间内的温度。
8.一种石墨烯发热系统控制方法，其特征在于，基于权利要求7所述的石墨烯发热系统对所述石墨烯发热装置进行温度控制，具体包括以下方法：
基于多个所述温度传感器获取多个实时温度；
将多个所述实时温度与目标温度进行比较得到温度差值，所述目标温度为预设温度值；
基于所述温度差值获得温度控制策略；
基于温度控制策略通过温度控制模型控制电缆的输出功率。
9.根据权利要求8所述的石墨烯发热系统控制方法，其特征在于，基于所述温度差值获得温度控制策略，包括以下方法：
当所述温度差值为正时，所述控制策略为第一策略；
当所述温度差值为负时，所述控制策略为第二策略；
所述第一策略为降低所述电缆的输出功率，所述第二策略为提高所述电缆的输出功率。
10.根据权利要求9所述的石墨烯发热系统控制方法，其特征在于，基于温度控制策略通过温度控制模型控制电缆的输出功率，包括以下方法：
基于所述控制策略确定目标参数；基于目标参数、所述实时温度数据和所述控制模型确定所述电缆的输出功率，具体包括以下：获得温度-湿度影响参数；获取实时温度数据和目标参数；基于所述温度-湿度影响参数、实时环境数据和目标参数确定目标调节参数；基于所述目标调节参数对所述电缆的输出功率进行控制；
所述温度-湿度影响参数的获得包括：获取历史温度数据和历史湿度数据；基于所述历史温度数据和所述历史湿度数据以对应的多个时间节点构建随时间变化的温度-湿度影响参数，具体包括：基于所述历史温度数据和所述历史湿度数据构建温度变化曲线和湿度曲线；获取相邻两个时间节点的历史温度数据和历史湿度数据，并得到多个温度变化率和多个石墨烯导热变化率；基于对应时间节点温度变化率和湿度变化率确定多个温度-湿度影响参数；基于多个温度-湿度影响参数取中位值得到目标温度-湿度影响参数。
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| CN (1) | CN115379605B (zh) |
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|---|---|---|---|---|
| CN116062229A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-05-05 | 广州驿享智联信息技术有限公司 | 一种抽真空热封方法、系统、设备及可存储介质 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN209151389U (zh) * | 2018-08-29 | 2019-07-23 | 上海舒狐科技有限公司 | 一种抗衰减石墨烯电热膜地暖系统 |
| CN111845509A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-10-30 | 吉林大学 | 一种用于汽车的太阳能保暖地毯及其控制方法 |
| CN113613474A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-05 | 德州宇航派蒙石墨烯科技有限责任公司 | 导热膜制备方法 |
-
2022
- 2022-08-10 CN CN202210957215.7A patent/CN115379605B/zh active Active
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