CN205902105U - 一种石墨烯发热膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种石墨烯发热膜包括第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层，第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层粘贴为一体结构，所述发热膜层为石墨烯膜。本实用新型提供的石墨烯发热膜具有以下优点：(1)采用石墨烯膜作为发热膜，具有发热稳定性好，使用寿命长，加热速度快的优点；(2)采用石墨烯膜作为发热膜，均匀性更好、性能更加稳定；(3)隔热效果好。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯发热膜。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种发热稳定性好，使用寿命长，加热速度快的石墨烯发热膜。
本实用新型提供的一种石墨烯发热膜，包括第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层，第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层粘贴为一体结构，所述发热膜层为石墨烯膜。
优选地，所述石墨烯膜包括碳纤维和石墨烯，其中碳纤维质量比为40％-70％，石墨烯的质量比为5％-15％。
优选地，所述石墨烯膜的厚度为30-50μm。
优选地，所述第一绝缘防水层和第二绝缘防水层均采用PVC膜、PE膜或PET膜。
优选地，所述第一绝缘防水层和第二绝缘防水层的厚度均为0.2-0.6μm。
优选地，所述电极层为粘贴在发热膜层上的两条电极条，所述两条电极条均用于通过温度控制系统连接电源。
优选地，所述两条电极条为铜箔。
优选地，所述两条电极条为银浆条。
优选地，所述第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层的粘合用胶为聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂、丙烯酸酯中的一种或几种。
优选地，所述粘合用胶的厚度为150-280μm。
与现有技术相比，本实用新型提供的石墨烯发热膜具有以下优点：
(1)采用石墨烯膜作为发热膜，具有发热稳定性好，使用寿命长，加热速度快的优点；
(2)采用石墨烯膜作为发热膜，均匀性更好、性能更加稳定；
(3)隔热效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
图1为本实用新型提供的石墨烯发热膜的结构示意图。
附图标记：
1-第一绝缘防水层； 2-电极层；
3-发热膜层； 4-第二绝缘防水层。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1为本实用新型提供的石墨烯发热膜的结构示意图。
如图1所示，本实用新型提供的一种石墨烯发热膜，包括第一绝缘防水层1、电极层2、发热膜层3和第二绝缘防水层4，第一绝缘防水层1、电极层2、发热膜层3和第二绝缘防水层4粘贴为一体结构，所述发热膜层3为石墨烯膜。
与现有技术相比，本实用新型提供的石墨烯发热膜具有以下优点：
(1)采用石墨烯膜作为发热膜，具有发热稳定性好，使用寿命长，加热速度快的优点；
(2)采用石墨烯膜作为发热膜，均匀性更好、性能更加稳定；
(3)隔热效果好。
所述石墨烯膜包括碳纤维和石墨烯，其中碳纤维质量比为40％-70％，石墨烯的质量比为5％-15％。
所述石墨烯膜的厚度为30-50μm。
所述第一绝缘防水层1和第二绝缘防水层4均采用PVC膜、PE膜或PET膜。
所述第一绝缘防水层1和第二绝缘防水层4的厚度均为0.2-0.6μm。
所述电极层2为粘贴在发热膜层3上的两条电极条，所述两条电极条均用于通过温度控制系统连接电源。
所述两条电极条为铜箔或银浆条。
所述第一绝缘防水层1、电极层2、发热膜层3和第二绝缘防水层4的粘合用胶为聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂、丙烯酸酯中的一种或几种。
所述粘合用胶的厚度为150-280μm。
本实用新型提供的石墨烯发热膜制备方法，具体工艺步骤如下：
1)、石墨烯膜的制作，在金属基体表面采用化学气相沉积方法制备石墨烯膜；
选择在金属基体表面(如铝箔、铜箔或镍箔)采用化学气相沉积方法制备一层石墨烯膜，在温度为25℃、常压、惰性气体(如氦气、氖气等)、无菌环境中生长15-20h，制备一层厚度为30-50μm厚度的石墨烯膜。
2)、采用喷涂、刷涂或滚涂的方法在第二绝缘防水层4上覆盖粘合用胶；
选用聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂和丙烯酸酯中的一种或几种作为粘结用胶，采用喷涂、刷涂或滚涂的方法在第二绝缘防水层4(如PVC膜、PE膜或PET膜)上制备一层厚度为150-280μm左右的粘结层。
3)、将覆盖有粘合用胶的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体；
把带有粘结层的PVC膜、PE膜或PET膜覆盖在生长有石墨烯的金属基体表面上，在温度为50℃，压强为50-150MPa的环境下，作用2-5h，将覆盖有粘结层的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体。
4)、采用机械剥离或电化学腐蚀的方法去除石墨烯膜上的金属基体，制成带有绝缘防水层的石墨烯膜；
通过机械剥离或者电化学腐蚀的方法，去除石墨烯膜上的金属基体，制备成带有PVC膜、PE膜或PET膜的石墨烯膜；
其中，电化学腐蚀反应的温度为30-70℃，腐蚀的时间为3-10h，腐蚀溶液为Cu的酸性溶液。腐蚀反应的时间与金属基体的厚度和电化学腐蚀反应温度有关，以完全腐蚀掉金属基体为准。
腐蚀溶液可以选择氯化铜水溶液、硫酸铜水溶液或硝酸铜的水溶液。以氯化铜的溶液为例，腐蚀条件如下：氯化铜水溶液为180-210g/L；盐酸溶液为40-55g/L，溶液温度为30-45℃；电流密度为2.1-7.8A/dm2。整个电化学腐蚀过程为，阳极的铜箔上铜失电子变成铜离子，阴极铜离子得电子变成金属铜的过程。
当氯化铜溶液为180g/L、盐酸溶液为45g/L、溶液温度为30℃时，电流密度为3.5A/dm2。
当氯化铜溶液为195g/L、盐酸溶液为50g/L、溶液温度为40℃时，电流密度为5A/dm2。
当氯化铜溶液为210g/L、盐酸溶液为55g/L、溶液温度为45℃时，电流密度为7.8A/dm2。
5)、在制成的覆盖有第一绝缘防水层1的石墨烯膜上粘贴电极层2；
在制备的石墨烯膜的两端粘贴上宽度为1-2cm的铜箔或银浆条导电电极。
6)、在电极层2上粘贴第一绝缘防水层1；
在电极层2上没有覆盖第一绝缘防水层1的一侧铺上一层厚度为0.2-0.6μm的PVC膜、PE膜或PET膜，并放在厚度为2cm厚的钢板上，利用压机在温度为80℃、压强为300MPa的环境下，作用3-5h，完成石墨烯膜另一侧绝缘防水膜的粘贴。
7)、将电极层2与导线连接，制备成石墨烯发热膜。
将电极层2与导线连接，制备成温度在30-110℃范围内任意可调的石墨烯发热膜。
与现有技术相比，本实用新型提供的石墨烯发热膜制备方法具有以下优点：
(1)能实现石墨烯膜大面积的转移；
(2)石墨烯膜转移时间短，转移率高；
(3)在石墨烯膜的制作过程中，选用金属基体方便腐蚀，使石墨烯膜与金属基体地剥离更加方便。
(4)整个石墨烯发热膜制备步骤简单。
为了更清楚地说明本实用新型提供的石墨烯发热膜制备方法的技术方案，下面结合实施例进一步详述。
实施例1
1)、选择在金属基体表面(如铝箔、铜箔或镍箔)采用化学气相沉积方法制备一层石墨烯膜，在温度为25℃、常压、惰性气体(如氦气、氖气等)、无菌环境中生长15h，制备一层厚度为30μm厚度的石墨烯膜；
2)、选用聚氨酯、聚苯乙烯、环氧树脂和丙烯酸酯中的一种或几种作为粘结用胶，采用喷涂、刷涂或滚涂的方法在第二绝缘防水层4(如PVC膜、PE膜或PET膜)上制备一层厚度为150-280μm左右的粘结层；
3)、把带有粘结层的PVC膜、PE膜或PET膜覆盖在生长有石墨烯的基体表面上，在温度为50℃，压强为50Pa的环境下，作用5h，将覆盖有粘结层的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体；
4)、通过机械剥离或者电化学腐蚀的方法，去除石墨烯膜上的金属基体，制备成带有PVC膜、PE膜或PET膜的石墨烯膜；电化学腐蚀反应的温度为30℃，腐蚀的时间为10h，腐蚀溶液为Cu的酸性溶液。腐蚀反应的时间与金属基体的厚度和电化学腐蚀反应温度有关，以完全腐蚀掉金属基体为准。
5)、在制备的石墨烯膜的两端粘贴上宽度为1-2cm的铜箔或银浆条导电电极；
6)、在电极层2上没有覆盖第一绝缘防水层1的一侧铺上一层厚度为0.2-0.6μm的PVC膜、PE膜或PET膜，并放在厚度为2cm厚的钢板上，利用压机在温度为80℃、压强为300MPa的环境下，作用3-5h，完成石墨烯膜另一侧绝缘防水膜的粘贴；
7)、将电极层2与导线连接，制备成表面温度在30-110℃范围内任意可调的石墨烯发热膜。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处仅在于，步骤1)、步骤3)和步骤4)的不同，其他步骤同实施例1)。
1)、选择在金属基体表面(如铝箔、铜箔或镍箔)采用化学气相沉积方法制备一层石墨烯膜，在温度为25℃、常压、惰性气体(如氦气、氖气等)、无菌环境中生长17h，制备一层厚度为38μm厚度的石墨烯膜；
3)、把带有粘结层的PVC膜、PE膜或PET膜覆盖在生长有石墨烯的基体表面上，在温度为90℃，压强为50Pa的环境下，作用3.2h，将覆盖有粘结层的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体；
4)、通过机械剥离或者电化学腐蚀的方法，去除石墨烯膜上的金属基体，制备成带有PVC膜、PE膜或PET膜的石墨烯膜，电化学腐蚀反应的温度为40℃，腐蚀的时间为8.3h，腐蚀溶液为Cu的酸性溶液。腐蚀反应的时间与金属基体的厚度和电化学腐蚀反应温度有关，以完全腐蚀掉金属基体为准。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处仅在于，步骤1)、步骤3)和步骤4)的不同，其他步骤同实施例1)。
1)、选择在金属基体表面(如铝箔、铜箔或镍箔)采用化学气相沉积方法制备一层石墨烯膜，在温度为25℃、常压、惰性气体(如氦气、氖气等)、无菌环境中生长19h，制备一层厚度为46μm厚度的石墨烯膜；
3)、把带有粘结层的PVC膜、PE膜或PET膜覆盖在生长有石墨烯的基体表面上，在温度为120℃，压强为50Pa的环境下，作用4.1h，将覆盖有粘结层的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体；
4)、通过机械剥离或者电化学腐蚀的方法，去除石墨烯膜上的金属基体，制备成带有PVC膜、PE膜或PET膜的石墨烯膜，电化学腐蚀反应的温度为60℃，腐蚀的时间为4.8h，腐蚀溶液为Cu的酸性溶液。腐蚀反应的时间与金属基体的厚度和电化学腐蚀反应温度有关，以完全腐蚀掉金属基体为准。
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处仅在于，步骤1)、步骤3)和步骤4)的不同，其他步骤同实施例1)。
1)、选择在金属基体表面(如铝箔、铜箔或镍箔)采用化学气相沉积方法制备一层石墨烯膜，在温度为25℃、常压、惰性气体(如氦气、氖气等)、无菌环境中生长20h，制备一层厚度为50μm厚度的石墨烯膜；
3)、把带有粘结层的PVC膜、PE膜或PET膜覆盖在生长有石墨烯的基体表面上，在温度为50℃，1压强为50Pa的环境下，作用2h，将覆盖有粘结层的第二绝缘防水层4与石墨烯膜粘合为一体；
4)、通过机械剥离或者电化学腐蚀的方法，去除石墨烯膜上的金属基体，制备成带有PVC膜、PE膜或PET膜的石墨烯膜，电化学腐蚀反应的温度为70℃，腐蚀的时间为3h，腐蚀溶液为Cu的酸性溶液。腐蚀反应的时间与金属基体的厚度和电化学腐蚀反应温度有关，以完全腐蚀掉金属基体为准。
本实用新型采用一定温度和一定压强对生成的石墨烯膜进行处理，使得石墨烯发热膜的完整性能以及温度均匀性能够得到保证。
本实用新型可以根据压机的大小，制备出不同大小的石墨烯发热膜。
本实用新型在温度为为50℃，压强为50-150MPa的环境下下，作用2-5h，对生长的石墨烯膜进行处理，得到的石墨烯发热膜均匀性更好、性能更加稳定，表面的温度能够控制在5℃以内。
本实用新型通过一定的温度，一定的压强，长时间对制备的石墨烯膜施加均匀的力，使整个的石墨烯膜与PVC膜、PE膜或PET膜粘结的更加牢固，能够很好地控制整个石墨烯发热膜的完整性，同时本实用新型提供的石墨烯发热膜制备方法，直接把石墨烯膜转移到PVC膜、PE膜或PET膜上，简化整个石墨烯发热膜制备制备流程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种石墨烯发热膜，其特征在于，包括第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层，第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层粘贴为一体结构，所述发热膜层为石墨烯膜；
所述电极层为粘贴在发热膜层上的两条电极条，所述两条电极条均用于通过温度控制系统连接电源。
2.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述石墨烯膜的厚度为30-50μm。
3.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述第一绝缘防水层和第二绝缘防水层均采用PVC膜、PE膜或PET膜。
4.根据权利要求3所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述第一绝缘防水层和第二绝缘防水层的厚度均为0.2-0.6μm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述两条电极条为铜箔。
6.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述两条电极条为银浆条。
7.根据权利要求1所述的石墨烯发热膜，其特征在于，所述第一绝缘防水层、电极层、发热膜层和第二绝缘防水层的粘合用胶的厚度为150-280μm。
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