CN205818781U - 一种红外电热画 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外电热画,由画的背面到画的表面,依次为反射层、发热膜层、散热层、画面层,所述发热膜层由一个石墨烯发热膜构成或者由多个石墨烯发热膜通过导线串联或并联连接构成;所述石墨烯发热膜连接有电源控制模块和温度传感器,石墨烯发热膜最终通过电源控制模块与电源电连接;石墨烯发热膜通电后发射红外线,反射层接收石墨烯发热膜向背面发射的红外线并向表面反射;电源控制模块通过控制对发热膜的供电电流,实现对石墨烯发热膜的发热温度控制;温度传感器与电源控制模块电连接,实时检测石墨烯发热膜的温度并反馈至电源控制模块。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可通过红外进行加热的装饰画,特别是涉及一种采用石墨烯膜作为红外发射元件的受控装饰画。
背景技术
冬季室内取暖在我国大部分地区都是一个现实问题,在中部和南部地区没有集中供暖的地区,家庭自助供暖经常会用到。取暖方式有自装燃气锅炉、电热油汀以及空调等。自装燃气锅炉涉及较大的工程,不很方便。空调和电热油汀是自主取暖的主要方式,其中电热油汀使用比例更高。电热油汀的缺点是散热面积小,热效率不高,需要将内部的导热油加热到较高的温度来获得所需要的取暖效果。这里隐含着泄露烫伤的危险。此外,这两种电取暖方式都是用交流市电供电,非安全电压,安规要求严格。
中国专利CN201320660203公开了一种碳纤维超导电暖挂画,用铜板画作为散热器,紧贴碳纤维导热板,对碳纤维导热板通电加热,再通过铜画板辐射热量出去。还设计了中空的画框,内充超导液提升散热效果。这一方案相对电热油汀,可实现低温取暖,安全性比较好,但是结构比较复杂,成本也不会低。
在直流安全电压加热技术方面有金属电热丝网膜、金属箔型电热膜、厚膜电热膜以及碳纤维电热膜等。由于这些电热元件的内阻偏高,一般都需要都需要加比较高的电压,而电热丝盘绕的加热方式,也存在发热面分布不均匀的问题。
本实用新型人之前申请的专利CN204987192U公开了一种智能温控的电暖气,包括画框、外表装饰画层、石墨烯薄膜加热膜层和后背覆盖保护层。电热膜通入低压直流电后,对外产生热辐射,实现电暖气功能。本实用新型人经过长时间的实践后,发现之前的这项产品仍然存在着一些实用性差的问题,需要进一步的改进。这些问题主要表现在:
1、制热时,电暖画的表面温度易过高,接触不慎容易造成烫伤;
2、制热时,热量相对集中,在空间大的地方,需要设置多个电暖气;
3、电暖画表面若被利器破坏,易损坏其周边电极,造成采暖画不制热或漏电。
本实用新型人经过深入的研究发现,以上第一、第二个问题,主要原因是因为实用新型人未深入的和充分的利用好石墨烯发热膜的发热原理。
实用新型内容
本实用新型提出了一种表面温度低且发热效率高的红外电暖画;更优选的,本实用新型还解决了现有电暖画热能扩散性差的问题。
本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现:
一种红外电热画,由画的背面到画的表面,依次为反射层、发热膜层、散热层、画面层,所述发热膜层由一个石墨烯发热膜构成或者由多个石墨烯发热膜通过导线串联或并联连接构成;所述石墨烯发热膜连接有电源控制模块和温度传感器,石墨烯发热膜最终通过电源控制模块与电源电连接;石墨烯发热膜通电后发射红外线,反射层接收石墨烯发热膜向背面发射的红外线并向表面反射;电源控制模块通过控制对发热膜的供电电流,实现对石墨烯发热膜的发热温度控制;温度传感器与电源控制模块电连接,实时检测石墨烯发热膜的温度并反馈至电源控制模块,电源控制模块根据当前温度和温度控制目标。
为了克服现有电热画容易受损的问题,本实用新型所述电热画于画面层的表面设有防护层。
进一步的,所述电热画于反射层的背面设有保温层。保温层的作用目的有两个:1、使热量与后面的墙壁等接触物隔离,以免对接触物材料造成影响;2、使石墨烯发热膜向背面发热的热量向表面弥散,提高电热画的产热效率。
可选择的,所述电热画为卷轴式结构,其中,所述保温层、反射层、发热膜层、散热层、画面层均为柔性材料,层与层之间紧密贴合。
作为卷轴式结构的电热画,所述反射层为金属反射膜;所述散热层为铝箔或铜箔,也可以用其它散热效果好的金属板或合金板代替,优选铝箔或铜箔。进一步优选的,所述铝箔或铜箔上设有石墨烯导热涂层。所述涂层采用静电喷涂的方式将石墨烯导热涂料喷涂于铝箔或铜箔上,在铝箔或铜箔上形成一层薄薄石墨烯涂层,厚度在0.5μm以下。该涂层具有强导热功能,强化了铝箔或铜箔的散热能力,可有使热量迅速的散发到外界空间,减少能量在画的表面留存,降低了电热画表面的温度。
一种可选择的,也是本实用新型更优的方案,所述电热画为框式结构,画框、散热层和保温层固定连接形成腔室结构,将反射层、发热膜层包围于腔室内。
进一步优选的,所述保温层与反射层紧密贴合;所述石墨烯发热膜粘合于散热层的背面。此时,电热画形成中空的结构。石墨烯发热膜通过耐高温粘结剂粘结于散热层(一般为铝板 或铜板)的背面。
作为框式结构的电热画,所述散热层为铝板或铜板。厚度为0.5-5mm,以2-3mm为优。铝板或铜板的设置目的是使石墨烯电热膜发射的红外线向四周发散。
进一步优选的,所述铝板或铜板采用波纹截面结构,或者采用表面为多个拱突(11)排列的结构。所述拱突交措排列,突起高度为3-5mm。本实用新型提到的拱突结构,是一种在不改变板材厚度的前提下,表面突起,突起的背向是凹槽。这两种结构时,铝板或铜板的厚度仍然是以2-3mm为优。此时,可以更加有效的将石墨烯电热膜发射的红外线向上下左右发散。铝板或铜板过厚,使画的重量增加,同时不易于热量的散出,过薄,对红外线的散射功能效果差,2-3mm为优。
优选的,所述画框的顶部和底部设有散热孔,使腔室内外空气流通。此结构的设计目的有两个:1、使画的表面温度得到缓解,避免表面温度过高对接触者造成伤害;2、有利于热量能更加均匀的向上下左右扩散。
进一步优选的,所述铝板或铜板上设有石墨烯导热涂层。本实用新型在铝板的表面采用静电喷涂的方法喷涂一层石墨烯导热涂料,该涂料购于常州市碳索新材料科技有限公司,主要成分为:石墨烯以及树脂基体。本实用新型利用涂层中石墨烯的散热性能好的特点,有效的增加铝板或铜板的散热,同时也可以增加颜料的附着力。所述石墨烯导热涂层的厚度为0.5-20μm,以7-10μm最佳。进一步优选的,所述画面层采用印刷方法涂于铝板或铜板上,形成了市面上俗称的铝板画或铜板画,但由于着色好,比市面的铝板画或铜板画的色泽更加明朗艳丽。
优选的,所述反射膜为金属反射膜,厚度为1.5-5mm。石墨烯发热膜两面都会发射红外线,本实用新型利用金属反射膜的设置,有效的将石墨烯发热膜向背面发射的红外线直接反射向表面,使石墨烯发热膜的发热效率得到近两倍的提升。优选的,所述传感器为薄膜热敏电阻,集成于发热膜上。
优选的,所述一个或多个石墨烯发热膜上集成有作为温度传感器的薄膜热敏电阻,与电源控制模块电连接,以检测电热膜的温度,提供给电源控制模块以实现反馈控制。电源控制模块通过控制对透明电热膜的供电电流,实现对透明电热膜的发热温度控制;温度传感器,集成于石墨烯发热膜上,并与电源控制模块电连接,实时检测电热膜的温度并反馈至电源控制模块,电源控制模块根据当前温度和温度控制目标,调整开关频率和占空比,实现所需目 标温度的恒温加热控制。
电源控制模块设置了手动和无线智能遥控两种模式,可适应不同的应用条件的需要。
其中,
手动操作通过设置在控制模块上的一个或多个按键操作,提供一定的时序逻辑控制,使电加热膜层的供电按照预设的规律和强度进行,实现不同等级的加热;
无线智能遥控可以通过在电源控制模块外设有一个专用的遥控器,遥控器与设置在电暖气的电源控制模块通过无线方式实现单向或双向通讯,通过遥控器的按键操作,控制电加热膜层按照预设的控制逻辑,实施开关和加热等级操作;进一步优选的,无线智能遥控采用在电源控制模块内设置有蓝牙通讯模块或wifi模块,所述通讯模块与智能手机或pc实现数据通讯,使电暖气中电加热膜层的温度显示和远程控制能够通过安装在智能手机或pc内的专用软件操作实现。
优选地,可以在画框或画面的某个位置设置温度显示窗口,可实时显示散热器或者发热膜的温度,提升用户体验。
本实用新型中所述石墨烯发热膜参见专利CN204987192U(一种智能温控的电暖气)中对低压透明电热膜的介绍。简单的结构描述如下:
所述石墨烯发热膜为包括透明基材、透明导电层、电极;电极由汇流条和内电极构成,内电极由汇流条相向延伸形成叉指电极;汇流条接电源的正极或负极,使得两相邻的内电极极性相反,通电时正极汇流条提供的电流由各正极内电极流入对应负极内电极最终全部汇入负极汇流条;电极位于透明导电层上且与透明导电层电接触,透明导电层为石墨烯膜。
所述电源为1.5V干电池。
本实用新型的效果:
本实用新型人经过深入的研究发现,石墨烯发热膜除了电热外,有二分之一的红外线向外发射,但专利CN204987192U(一种智能温控的电暖气)只是利用石墨烯发热膜向外发出的热量进行结构的设计,并未利用石墨烯发射红外线的特殊性进行结构设计。
红外线同可见光一样在本质上都是电磁波,它的波长范围很宽(0.7~1000mm),按波长又可分为三个光谱区:近红外(0.7~15mm),中红外(15~50mm),远红外(50~1000mm)。红外线同样具有波粒二象性,遵守波的反射定律和折射定律,在一定的条件下也会发生干涉 和衍射效应。红外线与可见光不同之处是人的肉眼看不见红外线,且在大气层中对红外波段存在一系列吸收很低的透明波段,如1~1.1mm,1.6~1.75mm,2.1~2.4mm,3.4~4.2mm等波段,大气层的透过率在80%以上;8~12mm,大气层的透过率为60%~70%。红外线可以穿透透明物体。
本实用新型在继专利CN204987192U后,对电热画进行了改进,结合发热膜发射红外的特点,在发热膜层的两面进行了针对性的结构设计,增加了反射层和散热层,充分利用石墨烯膜的红外发热。除此之外,为了更加完善产品的功能,对框式电热画进行了结构的进一步改进,全面的实现了充分利用石墨烯电热和红外热,使电热画的产热效率提升到了极致状态。
作为本产品进一步改进优点,之前产品(一种智能温控的电暖气)热量较集中于画周围和画正对面方向,主要原因是因为红外线是直线发射。本实用新型对此缺陷进行了改进,通过整体的结构的设置,使电热画发射的红外线可以向上、下、左、右散射开。
本实用新型进一步的对作为散射层的铝板在结构上进行了改进,以及在铝板上喷涂一层石墨烯导热涂层,使红外电热画向四周发射热量更加均匀、散热更为迅速。使画在。同时涂层的设计,还进一步的可以增强铝板画的着色效果。
具体效果实验数据如下:
实验一:测试本实用新型红外电热画(功率约400W)在室温21.5℃、石墨烯发热膜平均温度达97.3℃下,正面辐射0.5m、1.0m、1.5m及2.0m分别产生的温度(辐射时长分别为15min、30min,分别测两组数据,取均值作为分析依据)。
实验测验数据(单位/℃)如下:
(1)辐射时长为15min:
(2)辐射时长为30min:
2、实验二:测试红外电热画(功率约400W)在室温21.5℃、石墨烯发热膜平均温度达98.6℃下,角度为45°辐射0.5m、1.0m、1.5m及2.0m分别产生的温度(辐射时长分别为15min、30min,分别测两组数据,取均值作为分析依据)。
实验测验数据(单位/℃)如下:
(1)辐射时长为15min:
(2)辐射时长为30min:
(3)辐射时长15min与30min的均值(作为实验交叉分析的数据依据):
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
图1是本实用新型实施例1框式电热画剖面结构示意图;
图2是本实用新型实施例2框式电热画剖面结构示意图;
图3是本实用新型实施例3框式电热画剖面结构示意图;
图4是本实用新型电热画内部发热膜层中石墨烯发热膜分布示意图;
图5是本实用新型电热画透明防护层示意图;
图6是本实用新型电热画透明网格防护层示意图;
图7是本实用新型电热画波纹结构的散射层示意图;
图8是本实用新型电热画拱突结构的散射层立体示意图;
图9是本实用新型电热画拱突结构的散射层正示图;
图10是图9沿A-A方向截面示意图;
图11是本实用新型实施例5的画框立体示意图;
图12是本实用新型卷轴式电热画主示图;
图中,1--反射层,2--发热膜层,21、22、23、24、25、26、27、28--石墨烯发热膜,3--散热层,4--画面层,5--保温层,6--防护层,7--电源、8--电源控制模块,9--传感器、10--画框,11-拱凸,12-散热孔。
具体实施方式
首先需要指出,本实用新型的实施例仅仅公开几个优选的实施方式,不应该理解成对本实用新型实施的限制,本实用新型的保护范围仍以权利要求书所公开的内容为准。
本实用新型提供的红外电热画,是继专利CN204987192U(一种智能温控的电暖气)的进一步改进,对石墨烯发热膜发热原理进行了深入的分析研究,从而做出了更进一步的改近。这些改进主要体现在对石墨烯发热膜红外发热特点的充分利用,同时对电热和红外产生的热能的扩散以及电热画的保护等做了进一步的提升改进。对于石墨烯电热膜的特点,于专利CN204987192U(一种智能温控的电暖气)已做了全面的分析说明,以下各实施例,均利用了如专利CN204987192U中介绍的利用石墨烯作为导电发热材料的发热膜,于专利CN204987192U 中的命名为“石墨烯发热膜”,在本专利中更为形象的称为“石墨烯发热膜”,在本改进方案中不在过多的对该膜的结构特点进行阐述说明。对于本实用新型红外电热画具体结构的改进,通过以下实施例分析说明。
实施例1:
框式电热画,如图1所示,由画的背面到画的表面,依次为反射层1、发热膜层2、散热层3、画面层4,反射层1、发热膜层2、散热层3、画面层4固定于画框10内。发热膜层2通电后,石墨烯发热膜除了本身的电热外,还向两面发射红外线,反射层1接收发热膜发射向背面的红外线并向表面反射。
作为本实施例的优选方案,所述反射膜1为金属反射膜,厚度为1.5-5mm,例如:1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.6mm、3.0mm、3.5mm、4.2mm、4.6mm、5.0mm等。石墨烯发热膜两面都会发射红外线,本实用新型利用金属反射膜的设置,有效的将石墨烯发热膜向背面发射的红外线直接反射向表面,使石墨烯发热膜的发热效率得到近两倍的提升。所述散热层3为铝板,厚度为0.5-5mm,例如:0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.3mm、2.6mm、3.0mm、3.5mm、4.2mm、4.6mm、5.0mm等,以2-3mm为优,例如:2mm、2.3mm、2.5mm、2.8mm、3.0mm等。铝板的设置目的是使石墨烯电热膜发射的红外线向四周发散。作为进一步可选的实施例,所述铝板采用波纹截面结构(参见图7),或者采用表面为多个拱凸11排列的结构(参见图8、9、10),所述拱突交措排列,突起高度为3-5mm,例如:3mm、3.5mm、4.5mm等。所述拱突11是在不改变板材厚度的前提下表面突起,突起的背面是凹槽。采用这两种结构时,铝板的厚度仍然是以2-3mm为优。此时,可以更加有效的将石墨烯电热膜发射的红外线向上下左右发散。铝板过厚,使画的重量增加,同时不易于热量的散出,过薄,对红外线的散射功能效果差,以2-3mm为优选择。
所述发热膜21~28连接有电源控制模块8和温度传感器9,发热膜21~28最终通过电源控制模块8与电源7电连接;电源控制模块通过控制对发热膜的供电电流,实现对发热膜的发热温度控制;温度传感器与电源控制模块电连接,实时检测发热膜的温度并反馈至电源控制模块,电源控制模块根据当前温度和温度控制目标。具体的,如图4所示,所述发热膜层2由一个石墨烯发热膜构成或者由多个石墨烯发热膜通过导线串联或并联连接构成,本实施例以8片石墨烯发热膜21~28进行展示说明,但实际生产中,可以根据供热需求、画的大小等因素自行调整。本实施例中8片石墨烯发热膜21~28通过并联方式连接到电源控制模块8,电源控制模块8与外接电源7相连,电源控制模块8本质上是集成在画框内的,只是为了展 示方便,将电源控制模块8画在画框外。在石墨烯发热膜21~28中任一片或多片上集成了作为传感器9的薄膜式热敏电阻,热敏电阻接入电源控制模块8,实施温度测量,用于实现实时温度检测和反馈控制。电源控制模块8通过控制对透明电热膜的供电电流,实现对石墨烯发热膜21~28的发热温度控制;电源控制模块8根据当前温度和温度控制目标,调整开关频率和占空比,实现所需目标温度的恒温加热控制。
电源控制模块8设置了手动和无线智能遥控两种模式,可适应不同的应用条件的需要。
其中,
手动操作通过设置在控制模块上的一个或多个按键操作,提供一定的时序逻辑控制,使电加热膜层的供电按照预设的规律和强度进行,实现不同等级的加热;
无线智能遥控可以通过在电源控制模块外设有一个专用的遥控器,遥控器与设置在电暖气的电源控制模块通过无线方式实现单向或双向通讯,通过遥控器的按键操作,控制电加热膜层按照预设的控制逻辑,实施开关和加热等级操作。
作为进一步优选的实施例方案,无线智能遥控采用在电源控制模块内设置有蓝牙通讯模块或wifi模块,所述通讯模块与智能手机APP或pc实现数据通讯,使电热画中石墨烯发热膜层的温度显示和远程控制能够通过安装在智能手机APP或pc内的专用软件操作实现。
实施例2:
本实施例作为实施例1的优选实施例,参见图2所示,于反射层的背面设有保温层5,于画面层的表面设有防护层6。防护层的设置主要为了克服现有电热画容易受损的问题,可选的,一种是透明的材料,另一种是金属网格结构。防护层为透明的材料时,参见图5,如玻璃、有机玻璃等硬质材料,厚度优选为1-20mm。根据电热画的实际需求选择厚度,有时因为画本身过重或者为了实现更好的画面感,选择相对薄一些的厚度,如1mm、2mm、5mm、7mm,有时在画本身不重或者根据环境的需求,需要更好的保护时,防护层可采用偏厚一些,如10mm、15mm、20mm,设置更厚。防护层为金属网格结构时,参见图6,金属网为了美观,可采用硬质的合金材料和一些表面镀层的金属材料。保温层的作用目的有两个:1、使热量与后面的墙壁等接触物隔离,以免对接触物材料造成影响;2、使石墨烯发热膜向背面发热的热量向表面弥散,提高电热画的产热效率。保温层的厚度为1-2mm,采用隔热保温材料,如聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯泡沫塑料、聚苯板、酚醛泡沫材料,气凝胶毡,玻璃棉、珍珠棉,橡塑保温材料等。
实施例3:
本实施例作为实施例2的优选实施例,参见图3所示,本实施例框式结构电热画,画框10、画面层4和保温层5固定连接形成腔室结构,将反射层1、发热膜层2、散热层3包围于腔室内。其中,所述发热膜层可用将发热膜的背面设置支撑层,用于支撑固定发热膜,发热膜通过支撑层固定于画框内,也可以将发热膜层上的石墨烯发热膜21~28固定于作为散热层3的铝板上。经过实验,优选采用在发热膜与铝板的固定方式可以用耐高温粘合剂粘合,也可以是其它的固定方式,比如:用图钉在发热膜的四角装订等。
本实施例在铝板的表面可以喷涂一层石墨烯导热涂层,所述铝板的厚度为0.5-5mm,所述石墨烯导热涂层的厚度为0.5-20μm。本实施例中的画面层并不是一层画布或画纸,而是采用印刷方法涂于铝板上,形成铝板画。石墨烯导热涂层一方面可以使发热层发射的电热和红外迅速的向外界传导发散,减少画面本身的温度;另一方面,可有效增加颜料的附着力,更有利于在铝板表面着色等。
实施例5:
本实施例基本同实施例3,作为对实施例3的进一步改进实施例,所述画框10的顶部和底部设有散热孔12,使中空的腔室内外空气流通(参见图11)。此结构的设计目的有两个:1、使画的表面温度得到缓解,避免表面温度过高对接触者造成伤害;2、有利于热量能更加均匀的向上下左右扩散。
实施例6:
本实施例在实施例1-5的基础上,将散热层的铝板用铜板、铁板以及一些合金板等代替。在散热效果上,铜板与铝板基本相同,较其它金属板效果发。但铜板比铝板的质量要重,使画在追求轻便效果上的优势降低,且成本较高。因此,用于实际生产和应用,铝板的实用价值更为突出。
实施例7:
卷轴式电热画,如图12所示,其各层的位置关系同实施例1或实施例2,电源控制模块8设置于画外,比如将电源控制模块设于卷轴内等安全并美观的方式。本实施例与实施例1不同的是:无画框,各层紧密贴合且均采用柔性材料,使电热画在不使用时可以卷在轴上,携带更加方便,同时也可以满足喜欢轴画的人群。为用卷轴式电热画独特的特点,保温层、反射层、散热层和保护层的厚度均不宜过厚,作为卷轴式结构的电热画,所述反射层为金属反射膜;所述散热层为铝箔。
最后还应指出,任何单位和个人使用或实施本实用新型的技术方案都是对本实用新型的侵犯,任何单位和个人未经过本申请人的允许,都不能单独实施本专利。而任何单位和个人受到本实用新型的启发或经过简单调整而实施,也应认为是本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种红外电热画,其特征在于:由画的背面到画的表面,依次为反射层(1)、发热膜层(2)、散热层(3)、画面层(4),所述发热膜层(2)由一个石墨烯发热膜构成或者由多个石墨烯发热膜通过导线串联或并联连接构成;所述石墨烯发热膜连接有电源控制模块(8)和温度传感器(9),石墨烯发热膜最终通过电源控制模块(8)与电源电连接;石墨烯发热膜通电后发射红外线,反射层接收石墨烯发热膜向背面发射的红外线并向表面反射;电源控制模块通过控制对发热膜的供电电流,实现对石墨烯发热膜的发热温度控制;温度传感器与电源控制模块电连接,实时检测石墨烯发热膜的温度并反馈至电源控制模块。
2.根据权利要求1所述红外电热画,其特征在于:所述电热画于画面层的表面设有防护层;所述电热画于反射层的背面设有保温层。
3.根据权利要求2所述红外电热画,其特征在于:所述电热画为卷轴式结构,其中,所述保温层、反射层、发热膜层、散热层、画面层均为柔性材料,层与层之间紧密贴合。
4.根据权利要求2所述红外电热画,其特征在于:所述电热画为框式结构,画框、散热层和保温层固定连接形成腔室结构,将反射层、发热膜层包围于腔室内。
5.根据权利要求4所述红外电热画,其特征在于:所述石墨烯发热膜粘合于散热层的背面,所述保温层与反射层紧密贴合。
6.根据权利要求5所述红外电热画,其特征在于:所述画框的顶部和底部设有散热孔,使腔室内外空气流通。
7.根据权利要求4-6任一项所述红外电热画,其特征在于:所述散热层为铝板或铜板。
8.根据权利要求7所述红外电热画,其特征在于:所述铝板或铜板采用波纹截面结构,或者采用表面为多个拱突(11)排列的结构。
9.根据权利要求8所述红外电热画,其特征在于:所述拱突交措排列,突起高度为3-5mm。
10.根据权利要求7所述红外电热画,其特征在于:所述铝板或铜板上设有石墨烯导热涂层。
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