CN116261234A - 一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法，其技术方案的要点是：包括有第一基板、与第一基板重合的第二基板，在第一基板和第二基板之间设有电路层，在第一基板上设有与电路层电连接的接线插头，在第二基板的底面上涂覆有石墨烯发热层，在第二基板的底面上还设有多条与石墨烯发热层及电路层电连接的电极片；该石墨烯涂层制热片在应用时，对于导电的加热区域，用绝缘的导热胶或导热树脂将该石墨烯涂层制热片粘贴安装在加热区域上，对于绝缘的加热区域，能够直接安装，使石墨烯发热层与加热设备的加热区域贴合，再接通接线插头即可；本发明能够替代低效率的电阻丝，能够在制热领域进行推广应用。
Description
【技术领域】
本发明涉及石墨烯制热技术领域，特别涉及一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法。
【背景技术】
在现有的制热领域中，常用的方式是采用电阻丝进行制热，电阻丝的发热效率较低，在将电能转化为热能的过程中，电能损耗较大，而且电阻丝难以与加热设备的加热区域贴合，在热传导的过程中热量散失严重。
然而，采用石墨烯材料进行制热时，虽然石墨烯材料的发热效率以及能量的转化率和利用率较高，在热传导的过程中热量散失较小，但是现有的石墨烯涂覆方法大多都是直接涂覆在加热设备的加热区域上，容易受到加热设备形状大小的限制，石墨烯涂层两端的电极排布需要手动设置，电极与电源之间的导线连接也需要手动焊接，电极和石墨烯涂层之间的回路单一，不能分区域进行加热，使得石墨烯涂层的应用范围太小且应用成本太高，难以形成标准化，难以进行标准化自动化生产。为了解决石墨烯材料在制热领域应用的现有缺陷，便于石墨烯材料在制热领域进行推广应用，本发明提供了一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法。
【发明内容】
为了使石墨烯材料能够替换低效率的电阻丝，便于石墨烯材料在制热领域进行推广应用，本发明提供了一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法。
为了解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法，其特征在于：包括有第一基板、与所述第一基板重合的第二基板，在所述第一基板和所述第二基板之间设有电路层，在所述第一基板上设有与所述电路层电连接的接线插头，在所述第二基板的底面上涂覆有石墨烯发热层，在所述第二基板的底面上还设有多条与所述石墨烯发热层及所述电路层电连接的电极片。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：同方向分布的所述电极片两两之间长度一致，所述石墨烯发热层覆盖在所述电极片上或者与所述电极片的边界相接触。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述石墨烯发热层均匀涂覆在所述第二基板的底面上，所述石墨烯发热层的涂覆厚度范围为1mm～3mm。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述第一基板和所述第二基板的材质为耐高温的绝缘绝热材料。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述第一基板、所述电路层和所述第二基板组成的电路板结构为平面的硬质电路板结构或可弯曲的柔性电路板结构。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述接线插头通过贴片焊接的方式安装在所述第一基板的顶面上或侧面上。
如上所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：在所述电路层内设有多个与所述电极片对应的电路回路，所述接线插头的接线端数量与所述电路层内电路回路的数量相对应。
一种采用上述石墨烯涂层制热片的应用方法，其特征在于：该石墨烯涂层制热片为一种能够替代电阻丝的通用零器件，在应用时，先用绝缘的导热胶或导热树脂涂覆在所述第二基板的底面上或加热设备的加热区域上，使绝缘的导热胶或导热树脂覆盖所述石墨烯发热层，进而在绝缘的导热胶或导热树脂固化时将该石墨烯涂层制热片粘贴安装在加热设备内，再将所述接线插头电接入加热设备的电源控制电路；加热设备通过所述接线插头导通不同的电路回路，使相应的所述电极片带电，从而控制该石墨烯涂层制热片对应的涂覆区域发热，加热设备通过对所述接线插头输入不同大小的电压，控制该石墨烯涂层制热片的发热功率；对于加热区域绝缘的加热设备，能够直接将该石墨烯涂层制热片固定安装在加热设备内，使所述石墨烯发热层与加热设备的加热区域贴合。
如上所述的应用方法，其特征在于：该石墨烯涂层制热片能够根据不同加热设备的需求设计不同的电路回路，能够根据不同加热区域的形状设计相应形状的制热片，还能够将该石墨烯涂层制热片进行拼接使用，或者沿着电极片和电路回路进行剪切使用。
如上所述的应用方法，其特征在于：所述第一基板和所述第二基板的材质能够根据不同加热设备的温度需求进行替换，该石墨烯涂层制热片的加热温度不超过所述第一基板、所述第二基板以及导热胶或导热树脂的熔点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，设有耐高温且绝缘绝热的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间的电路层中设置有多个对应电极片的电路回路，第一基板上设置有与各个电路回路电连接的接线插头，石墨烯发热层涂覆在第二基板的底面上且与各个电极片电连接，接线插头可以通过贴片机以贴片焊接的方式安装在第一基板上，接线插头不仅使得该石墨烯涂层制热片在使用时接线方便，而且能够自动化组装生产；将石墨烯涂层与电路板结构相结合，能够形成标准化的制热片，通过机械设备进行自动化生产，从而使得该石墨烯涂层制热片成为一种能够替代电阻丝的通用零器件，便于石墨烯材料在制热领域进行推广应用。
2、本发明结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，第一基板、电路层和第二基板组成的电路板结构可以为平面的硬质电路板结构或可弯曲的柔性电路板结构，使该石墨烯涂层制热片能够应用于弧面形的加热区域。
3、本发明采用上述石墨烯涂层制热片的应用方法，只需要用绝缘的导热胶或导热树脂涂覆在第二基板的底面上或加热设备的加热区域上，将该石墨烯涂层制热片粘贴安装在加热设备内，再将接线插头接入加热设备的电源控制电路即可完成安装；对于加热区域绝缘的加热设备，如加热区域为陶瓷材质的加热设备，能够直接将该石墨烯涂层制热片通过螺钉或扣接的方式固定安装在加热设备内，使石墨烯发热层与加热设备的加热区域贴合即可；该石墨烯涂层制热片安装使用的方式非常简单，便于应用到各种不同的加热设备上。
4、本发明采用上述石墨烯涂层制热片的应用方法，在电路层内设有多个电路回路，电极片分布在第二基板的底面上，使该石墨烯涂层制热片在使用时不受电极片和电路回路排布的限制，只需通过接线插头导通不同的电极片，就能控制通电电极片之间的石墨烯涂层发热，从而控制石墨烯涂层的发热面积和发热区域。
5、本发明采用上述石墨烯涂层制热片的应用方法，能够根据不同加热设备的需求设计不同的电路回路，能够根据不同加热区域的形状设计相应形状的制热片，还能够将该石墨烯涂层制热片进行拼接使用，或者沿着电极片和电路回路进行剪切使用，使得该石墨烯涂层制热片不受加热设备中加热区域的形状大小的限制。
6、本发明采用上述石墨烯涂层制热片的应用方法，第一基板和所述第二基板的材质能够根据不同加热设备的最高加热温度进行替换，便于满足不同加热设备的温度需求。
【附图说明】
图1是该石墨烯涂层制热片的剖视示意图；
图2是该石墨烯涂层制热片的第一爆炸示意图；
图3是该石墨烯涂层制热片的第二爆炸示意图；
图中：1为第一基板；2为第二基板；3为电路层；4为接线插头；5为石墨烯发热层；6为电极片。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的技术特征做进一步详细说明以便于所述领域的技术人员能够理解。
一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，如图1～图3所示，包括有第一基板1、与所述第一基板1重合的第二基板2，在所述第一基板1和所述第二基板2之间设有电路层3，在所述第一基板1上设有与所述电路层3电连接的接线插头4，在所述第二基板2的底面上涂覆有石墨烯发热层5，在所述第二基板2的底面上还设有多条与所述石墨烯发热层5及所述电路层3电连接的电极片6；将石墨烯涂层与电路板结构相结合，能够形成标准化的制热片，能够通过机械设备进行自动化生产，从而使得该石墨烯涂层制热片能够成为一种替代电阻丝的通用零器件，便于石墨烯材料在制热领域进行推广应用。
具体的，同方向分布的所述电极片6两两之间长度一致，方便限定所述石墨烯发热层5的发热区域，使两条所述的电极片6之间的石墨烯涂覆区域能够全部发热，若两条所述的电极片6一长一短，则通电时所述石墨烯发热层5的发热区域为短的所述电极片6限定的区域，剩余的涂覆区域不发热或发热效率极低，所述石墨烯发热层5覆盖在所述电极片6上或者与所述电极片6的边界相接触，使所述电极片6与所述石墨烯发热层5之间能够稳定进行电连接。
此外，所述石墨烯发热层5均匀涂覆在所述第二基板2的底面上，所述石墨烯发热层5的涂覆厚度范围为1mm～3mm；所述石墨烯发热层5的涂覆越均匀，发热时不同区域的发热温度越接近一致，所述石墨烯发热层5的涂覆厚度对发热的效率也会有一定的影响，涂覆厚度为1mm～3mm时，发热的效率最高。
具体的，所述第一基板1和所述第二基板2的材质为耐高温的绝缘绝热材料，使该石墨烯涂层制热片的应用更加安全，防止引发安全隐患，同时，绝缘绝热的所述第一基板1和所述第二基板2，能够减少所述石墨烯发热层5发热时，向所述第二基板2的方向传导的热量损失，使更多的热量传导向加热设备的加热区域。
此外，所述第一基板1、所述电路层3和所述第二基板2组成的电路板结构为平面的硬质电路板结构或可弯曲的柔性电路板结构，使该石墨烯涂层制热片能够应用于弧面形的加热区域，现有的适合作为硬质电路板的基板材质大多都能够承受较高的温度，适用于咖啡机、电热锅、烧水壶等加热电器，现有的适合作为柔性电路板的基板材质不能承受太高的温度，适用于电热毯、暖脚器等保暖装置。
具体的，所述接线插头4通过贴片焊接的方式安装在所述第一基板1的顶面上或侧面上，所述接线插头4可以用贴片机进行自动化组装生产，所述接线插头4可以使该石墨烯涂层制热片在使用时接线非常方便，不会受到所述电极片6所在位置的影响，而且导线的连接不用手动焊接，直接通过所述接线插头4插接即可。
此外，在所述电路层3内设有多个与所述电极片6对应的电路回路，所述接线插头4的接线端数量与所述电路层3内电路回路的数量相对应；一般来说，一个电路回路对应正负极两个所述的电极片6，一条所述的电极片6对应所述接线插头4内的一个插孔或一根导电针。
具体的，石墨烯材料制热的原理如下：
石墨烯材料在电场的驱动作用下，石墨烯材料内的大量自由电子受电能激发产生不规则的跃迁运动而发生隧道效应，自由电子与碳分子之间，以及碳分子与碳分子之间会发生剧烈的摩擦和撞击，从而产生大量的热量，产生的热量被石墨烯和复合高分子材料中的集波组吸收，再借助石墨烯材料的高效传热特性以远红外线的方式向外传递。石墨烯材料的制热方式能够达到98％的电热转换效率，在产生相同热量的情况下，比传统的采用电阻丝的制热方式要节约20％-30％的能源。
具体的，该石墨烯涂层制热片的使用方法如下：
该石墨烯涂层制热片可以应用到各种加热设备中，加热设备可以是取暖电器，以及咖啡机、电热锅等电器，在将该石墨烯涂层制热片应用到加热设备中时，若加热设备的加热区域为导电金属，由于所述石墨烯发热层5本身具有导电的特性，需要先用绝缘的导热胶或导热树脂涂覆在所述第二基板2的底面上或加热设备的加热区域上，使绝缘的导热胶或导热树脂覆盖所述石墨烯发热层5，进而在绝缘的导热胶或导热树脂固化时将该石墨烯涂层制热片粘贴安装在加热设备内；对于加热区域绝缘的加热设备，能够直接将该石墨烯涂层制热片固定安装在加热设备内，使所述石墨烯发热层5与加热设备的加热区域相贴合；然后再将所述接线插头4通过接头插接的方式与加热设备的电源控制电路电连接，即可完成该石墨烯涂层制热片的安装应用，而且由于所述第一基板1和所述第二基板2的材质为耐高温的绝缘绝热材料，能够减少所述石墨烯发热层5发热时向所述第二基板2的方向传导的热量损失，使更多的热量传导向加热设备的加热区域；
加热设备通过所述接线插头4导通所述电路层3中的电路回路，使相应的所述电极片6带电，所述电极片6之间涂覆的所述石墨烯发热层5在电场的驱动作用下发热，产生大量的热量，由于所述电路层3中设置有多个电路回路，电极片分布在所述第二基板2的底面上，使得该石墨烯涂层制热片在使用时不受所述电极片6和电路回路排布的限制，只需通过所述接线插头4导通不同的所述电极片6，就能控制通电的所述电极片6之间的石墨烯涂层发热，从而控制石墨烯涂层的发热面积和发热区域；加热设备通过对所述接线插头4输入不同大小的电压，就能控制该石墨烯涂层制热片的发热功率。
此外，该石墨烯涂层制热片能够根据不同加热设备的需求设计不同的电路回路，能够根据不同加热区域的形状设计相应形状的制热片，还能够将该石墨烯涂层制热片进行拼接使用，或者沿着电极片和电路回路进行剪切使用，使得该石墨烯涂层制热片的适用范围更大，不受加热设备中加热区域形状大小的限制。
此外，所述第一基板1和所述第二基板2的材质能够根据不同加热设备的温度需求进行替换，对于较高温度需求的加热设备，需要将所述第一基板1和所述第二基板2的材质替换为熔点高的绝缘材料，对于温度需求较低的加热设备，所述第一基板1和所述第二基板2的材质可以使用熔点较低的绝缘材料，总之，该石墨烯涂层制热片的加热最高温度不能超过所述第一基板1、所述第二基板2以及导热胶或导热树脂的熔点，防止引发安全隐患。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，可以在不脱离其范围进行各种修改和改变；在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：包括有第一基板(1)、与所述第一基板(1)重合的第二基板(2)，在所述第一基板(1)和所述第二基板(2)之间设有电路层(3)，在所述第一基板(1)上设有与所述电路层(3)电连接的接线插头(4)，在所述第二基板(2)的底面上涂覆有石墨烯发热层(5)，在所述第二基板(2)的底面上还设有多条与所述石墨烯发热层(5)及所述电路层(3)电连接的电极片(6)。
2.根据权利要求1所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：同方向分布的所述电极片(6)两两之间长度一致，所述石墨烯发热层(5)覆盖在所述电极片(6)上或者与所述电极片(6)的边界相接触。
3.根据权利要求2所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述石墨烯发热层(5)均匀涂覆在所述第二基板(2)的底面上，所述石墨烯发热层(5)的涂覆厚度范围为1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述第一基板(1)和所述第二基板(2)的材质为耐高温的绝缘绝热材料。
5.根据权利要求4所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述第一基板(1)、所述电路层(3)和所述第二基板(2)组成的电路板结构为平面的硬质电路板结构或可弯曲的柔性电路板结构。
6.根据权利要求1所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：所述接线插头(4)通过贴片焊接的方式安装在所述第一基板(1)的顶面上或侧面上。
7.根据权利要求1所述结合电路板结构的石墨烯涂层制热片，其特征在于：在所述电路层(3)内设有多个与所述电极片(6)对应的电路回路，所述接线插头(4)的接线端数量与所述电路层(3)内电路回路的数量相对应。
8.一种采用权利要求1至7任一项所述石墨烯涂层制热片的应用方法，其特征在于：该石墨烯涂层制热片为一种能够替代电阻丝的通用零器件，在应用时，先用绝缘的导热胶或导热树脂涂覆在所述第二基板(2)的底面上或加热设备的加热区域上，使绝缘的导热胶或导热树脂覆盖所述石墨烯发热层(5)，进而在绝缘的导热胶或导热树脂固化时将该石墨烯涂层制热片粘贴安装在加热设备内，再将所述接线插头(4)电接入加热设备的电源控制电路；加热设备通过所述接线插头(4)导通不同的电路回路，使相应的所述电极片(6)带电，从而控制该石墨烯涂层制热片对应的涂覆区域发热，加热设备通过对所述接线插头(4)输入不同大小的电压，控制该石墨烯涂层制热片的发热功率；对于加热区域绝缘的加热设备，能够直接将该石墨烯涂层制热片固定安装在加热设备内，使所述石墨烯发热层(5)与加热设备的加热区域贴合。
9.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：该石墨烯涂层制热片能够根据不同加热设备的需求设计不同的电路回路，能够根据不同加热区域的形状设计相应形状的制热片，还能够将该石墨烯涂层制热片进行拼接使用，或者沿着电极片和电路回路进行剪切使用。
10.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：所述第一基板(1)和所述第二基板(2)的材质能够根据不同加热设备的温度需求进行替换，该石墨烯涂层制热片的加热温度不超过所述第一基板(1)、所述第二基板(2)以及导热胶或导热树脂的熔点。
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| CN202310355790.4A CN116261234A (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种结合电路板结构的石墨烯涂层制热片及其应用方法 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-04-04 CN CN202310355790.4A patent/CN116261234A/zh active Pending
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