CN117377148A - 一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布及其用途 - Google Patents

Abstract

石墨烯加热布技术领域，所述加热布包括保温层(1)以及设置在保温层(1)内部的发热层(3)、导电层(4)和导电电极(5)，所述发热层(3)为多孔石墨烯晶体膜，所述导电层(4)等间距分布在发热层(3)上，所述导电电极(5)与导导电层(4)相接触；本发明通过激光辐照批量获得多孔石墨烯晶体膜，并以多孔石墨烯晶体膜作为发热层制备加热布，该加热布不仅可以实现均匀发热，而且升温速度快，透气性好，尤其适用于柔性智能穿戴设备领域。

Description

一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布及其用途

技术领域：

本发明涉及石墨烯加热布技术领域，具体涉及一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布及其用途。

背景技术：

石墨烯因其载流子浓度和电热转换效率高、发热均匀、低密度、导电性良好、高热稳定性被广泛应用于加热膜、电池、传感器等领域。以石墨烯作为加热材料，可以做到低压驱动、低电流、低功耗。同时，由于石墨烯具有卓越的红外发射特性，因此用于加热时会为人体带来极佳的舒适度。

但是，以石墨烯作为发热层的加热布还存在以下两个问题：

一是连续石墨烯晶体膜的批量化生产。传统的石墨烯的制备方法有机械剥离法、氧化还原法、SiC热解法、化学气相沉积法等，但是制备出的石墨烯存在着制备效率低、石墨烯连续性差、结晶性不高等问题。

二是以石墨烯作为导电添加剂的发热膜性能较差。受限于传统石墨烯制备工艺的价格昂贵且制备的石墨烯不连续等原因，因此市面上的石墨烯发热膜仅是将石墨烯作为导电添加剂应用在发热涂层中，这会导致石墨烯团聚和堆叠，在不利于透气的同时还引入较大的接触电阻，大大损耗了石墨烯的优良导电性的特点。

发明内容：

本发明旨在解决传统加热布因所含石墨烯不连续引起的电阻高、透气性差的问题，其原理是通过激光诱导构筑连续的大面积多孔石墨烯晶体膜，以多孔石墨烯晶体膜作为发热层，制备低电阻、高导热、快速热响应、高透气的加热布。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，所述加热布包括保温层(1)以及设置在保温层(1)内部的发热层(3)、导电层(4)和导电电极(5)，所述发热层(3)为多孔石墨烯晶体膜，所述导电层(4)等间距分布在发热层(3)上，所述导电电极(5)与导电层(4)相接触。

进一步地，所述保温层(1)与发热层(3)之间通过网络胶(2)粘合。

进一步地，所述导电层(4)是由导电浆料固化后形成，导电浆料为铜浆、银浆、导电油墨中的至少一种。

进一步地，所述导电电极(5)为铜条、银条、铁条、铝条、铜箔、银箔、铁箔、铝箔中的至少一种。

进一步地，所述保温层(1)为棉布、麻布、丝绸、呢绒、羊毛面料、梭织面料、针织面料中的至少一种。

进一步地，所述网络胶(2)为具有网孔结构的热熔胶、双面胶、AB胶、硅胶、丙烯酸胶、环氧树脂胶中的至少一种。

进一步地，所述多孔石墨烯晶体膜为单层多孔石墨烯晶体膜、多层多孔石墨烯晶体膜、多孔石墨烯复合物中的至少一种。

进一步地，所述多孔石墨烯晶体膜是由含碳基底通过激光辐照生成。

进一步地，所述含碳基底为天然碳材料、人工碳材料、高分子聚合物、含碳化合物、动植物组织中的至少一种。

进一步地，所述激光辐照的条件参数包括激光功率为0.1～100W，激光扫描速度为1～10000mm/s，激光波长为200nm～200μm，激光扫描线间距为10nm～500μm，激光光斑大小为10nm～10mm。

本发明的第二个目的是提供上述以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布在柔性可穿戴设备中的用途。

进一步地，所述柔性可穿戴设备包括具有加热功能的帽子、眼罩、耳罩、口罩、面罩、围巾、衣服、防护服、手套、鞋垫、鞋、护颈、护肩、护腰、护膝、暖宫带中的至少一种。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过激光辐照可以批量获得多孔石墨烯晶体膜；

2)本发明制备的加热布可以实现均匀发热，且升温速度快；

3)本发明制备的加热布具有高透气性；

4)本发明制备的加热布能够应用于多个技术领域，充分利用石墨烯加热释放远红外光线的特性，尤其适用于柔性智能穿戴设备领域。

附图说明：

图1为本发明实施例1制备的加热布的结构示意图；其中，1-保温层；2-网络胶；3-发热层；4-导电层；5-导电电极；

图2为本发明实施例1制备的多孔石墨烯晶体膜的拉曼光谱；

图3为本发明实施例1制备的多孔石墨烯晶体膜的扫描电镜图；

图4为本发明实施例1制备的多孔石墨烯晶体膜的XRD图；

图5为本发明实施例1制备的加热布的循环升降温曲线图；

图6为本发明实施例1制备的加热布的红外成像图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

本发明提供了一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，所述加热布包括保温层(1)以及设置在保温层(1)内部的发热层(3)、导电层(4)和导电电极(5)，所述发热层(3)为多孔石墨烯晶体膜，所述导电层(4)等间距分布在发热层(3)上，所述导电电极(5)与导电层(4)相接触。

进一步地，所述保温层(1)与发热层(3)之间通过网络胶(2)粘合，不仅可以对发热层起到固定作用，还能使发热层与外界空气隔绝，使保温层更好地发挥保温作用。

在具体的技术方案中，所述导电层(4)是由导电浆料固化后形成，导电浆料为铜浆、银浆、导电油墨中的至少一种，但不限于此，也可采用本领域常用的其它导电浆料。

在具体的技术方案中，所述导电电极(5)为铜条、银条、铁条、铝条、铜箔、银箔、铁箔、铝箔中的至少一种，但不限于此，也可采用本领域常用的其它导电材料。

在具体的技术方案中，所述保温层(1)为棉布、麻布、丝绸、呢绒、羊毛面料、梭织面料、针织面料中的至少一种，但不限于此，也可采用本领域常用的其它保温面料。

在具体的技术方案中，所述网络胶(2)为具有网孔结构的热熔胶、双面胶、AB胶、硅胶、丙烯酸胶、环氧树脂胶中的至少一种，但不限于此，也可采用本领域常用的其它具有网孔结构的胶粘剂。

在具体的技术方案中，所述多孔石墨烯晶体膜为单层多孔石墨烯晶体膜、多层多孔石墨烯晶体膜、多孔石墨烯复合物中的至少一种。本发明采用具有多孔结构和高结晶性的石墨烯薄膜作为发热层，能够实现加热布的均匀发热，并提高加热布的透气性，解决普通加热布因透气性差而引发的使用问题。

在具体的技术方案中，所述多孔石墨烯晶体膜是由含碳基底通过激光辐照生成。

在具体的技术方案中，所述含碳基底为天然碳材料、人工碳材料、高分子聚合物、含碳化合物、动植物组织中的至少一种。

在具体的技术方案中，所述激光辐照的条件参数包括激光功率为0.1～100W，激光扫描速度为1～10000mm/s，激光波长为200nm～200μm，激光扫描线间距为10nm～500μm，激光光斑大小为10nm～10mm。通过控制激光辐照的条件参数来制备高品质的多孔石墨烯晶体膜。

本发明还提供了上述以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布在柔性可穿戴设备中的用途。

进一步地，所述柔性可穿戴设备包括具有加热功能的帽子、眼罩、耳罩、口罩、面罩、围巾、衣服、防护服、手套、鞋垫、鞋、护颈、护肩、护腰、护膝、暖宫带中的至少一种，但不限于此，也可将本发明所述加热布制成其它形式的具有加热功能的产品，利用石墨烯释放的远红外线促进人体健康。

以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例以棉布作为保温层，以具有网孔结构的热熔胶作为网络胶，以铜浆作为导电浆料通过常温风干形成导电层，以厚度为0.02mm的铜箔作为导电电极，导电电极与导电层相接触以实现导电，导电层等间距分布在发热层上，以多孔石墨烯晶体膜作为发热层，多孔石墨烯晶体膜是以聚酰亚胺薄膜作为为含碳基底，在激光功率5W、激光扫描速度200mm/s、激光波长10.6μm、激光扫描线间距100μm、激光光斑10μm的CO₂红外激光辐照条件下制备得到。

图2为本实施例制备的多孔石墨烯晶体膜的拉曼光谱，从图2可以看出该石墨烯的2D峰尖锐明显，说明石墨烯形成的品质较高。

图3为本实施例制备的多孔石墨烯晶体膜的扫描电镜图，从图3可以看出该石墨烯为疏松多孔结构。

图4为本实施例制备的多孔石墨烯晶体膜的XRD图，从XRD的特征峰来看，该石墨烯具有较高的晶体质量。

图5为本实施例制备的加热布的的循环升降温曲线图，从多次升降温的结果来看，该加热布温度波动小，加热速度快，具有较好的热稳定性。

图6为本实施例制备的加热布的热红外成像图，从图6可以看出该加热布发热均匀。

实施例2

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将多孔石墨烯晶体膜制备时所用含碳基底替换为竹板。

实施例3

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将多孔石墨烯晶体膜制备时所用的激光功率设置为20W。

实施例4

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将多孔石墨烯晶体膜制备时所用的聚酰亚胺薄膜换为聚醚砜薄膜。

实施例5

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将多孔石墨烯晶体膜制备时所用的激光扫描速度设置为300mm/s。

实施例6

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将热熔胶替换为环氧树脂胶。

实施例7

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将铜箔替换为银箔。

实施例8

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将铜箔替换为铜条。

实施例9

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将导电浆料替换为银浆。

实施例10

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将导电浆料替换为导电油墨。

实施例11

本实施例制备加热布的方法同实施例1，只是将保温层替换为麻布。

测试结果显示，上述实施例2-10制备的石墨烯具有与实施例1相同的疏松多孔结构且晶体质量高，同时上述实施例2-10制备的加热布具有与实施例1相同的升温速度快且发热均匀的特性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述加热布包括保温层(1)以及设置在保温层(1)内部的发热层(3)、导电层(4)和导电电极(5)，所述发热层(3)为多孔石墨烯晶体膜，所述导电层(4)等间距分布在发热层(3)上，所述导电电极(5)与导电层(4)相接触。

2.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述保温层(1)与发热层(3)之间通过网络胶(2)粘合。

3.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述导电层(4)是由导电浆料固化后形成，导电浆料为铜浆、银浆、导电油墨中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述导电电极(5)为铜条、银条、铁条、铝条、铜箔、银箔、铁箔、铝箔中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述保温层(1)为棉布、麻布、丝绸、呢绒、羊毛面料、梭织面料、针织面料中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述网络胶(2)为具有网孔结构的热熔胶、双面胶、AB胶、硅胶、丙烯酸胶、环氧树脂胶中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述多孔石墨烯晶体膜为单层多孔石墨烯晶体膜、多层多孔石墨烯晶体膜、多孔石墨烯复合物中的至少一种；

优选地，所述多孔石墨烯晶体膜是由含碳基底通过激光辐照生成。

8.根据权利要求7所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布，其特征在于：所述含碳基底为天然碳材料、人工碳材料、高分子聚合物、含碳化合物、动植物组织中的至少一种；

优选地，所述激光辐照的条件参数包括激光功率为0.1～100W，激光扫描速度为1～10000mm/s，激光波长为200nm～200μm，激光扫描线间距为10nm～500μm，激光光斑大小为10nm～10mm。

9.权利要求1-8任意一项所述的以多孔石墨烯晶体膜作为发热层的加热布在柔性可穿戴设备中的用途。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于：所述柔性可穿戴设备包括具有加热功能的帽子、眼罩、耳罩、口罩、面罩、围巾、衣服、防护服、手套、鞋垫、鞋、护颈、护肩、护腰、护膝、暖宫带中的至少一种。