CN216217609U - 一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，所述远红外辐射发热芯片具有多层结构，该多层结构包括：第一绝缘阻燃基材(1)和第二绝缘阻燃基材(5)、发热层(2)、铜银复合电极(3)以及热熔复合材料层(4)。该远红外辐射发热芯片的电‑热辐射转换效率高、温度均匀、功率基本零衰减、耐热耐燃，解决了现有技术中功率衰减、使用寿命短、发热膜不耐温耐热耐燃的问题，杜绝了安全事故的发生。

Description

一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片

技术领域

本实用新型公开涉及新型电热领域，具体地，涉及一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片。

背景技术

碳纳米材料自发明以来，其优异的力学、电学、热学等性质受到了广泛的研究与应用，其中以碳纳米管和石墨烯作为研究的热点；碳纳米管是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料、由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管；石墨烯是一种由以sp²杂化方式的碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，独特的二维六角蜂窝状的单层平米晶格结构赋予其优异的物理化学性质。石墨烯的宏量可控制备也成为进一步工业化应用的先决条件。

近年来，石墨烯技术的发现和进步开始大量的应用于各个领域，而近年来对于雾霾的治理，大力发展煤改电，也使得电热取暖的市场开始迅速发展，但是传统的电热板主要是以电热合金丝和电阻加热器的方式来实现，同时发热的均匀程度和热效率都相对较低，而石墨烯材料的出现则带来了更加节能的发热效率以及更加优化的红外线效果。目前市场上的发热膜以碳晶和碳纤维发热膜为主，普遍存在电-热辐射转换效率低、发热不均一、功率衰减寿命短、耐温耐热耐燃性能极差的问题，售后无维护、安全性事故频繁发生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，该远红外辐射发热芯片的电-热辐射转换效率高、温度均匀、功率基本零衰减、耐热耐燃，解决了目前发热膜温度不均一、功率衰减、不耐温耐热耐燃的问题；也解决了电热合金丝及电阻加热器温度不均一、热效率低的问题；杜绝了安全事故的发生。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，所述远红外辐射发热芯片具有多层结构，该多层结构包括：第一绝缘阻燃基材和第二绝缘阻燃基材、发热层、铜银复合电极以及热熔复合材料层；

所述第一绝缘阻燃基材的顶部与所述发热层的底部连接，所述发热层的前方和后方与所述铜银复合电极连接，所述铜银复合电极的底部与所述绝缘阻燃基材的顶部连接，所述发热层的顶部与所述热熔复合材料层的底部连接，所述铜银复合电极的顶部与所述热熔复合材料层的底部连接，所述热熔复合材料层的顶部与所述第二绝缘阻燃基材的底部连接。

可选地，所述绝缘阻燃基材包括：所述第一绝缘阻燃基材和所述第二绝缘阻燃基材各自独立地为刚性绝缘阻燃基材或柔性绝缘阻燃基材。

可选地，所述刚性绝缘阻燃基材为环氧树脂玻璃纤维板或云母板；所述刚性绝缘阻燃基材的厚度为0.8-1.5mm。

可选地，所述柔性绝缘阻燃基材为聚酯薄膜、聚酰亚胺膜或聚碳酸酯薄膜；所述柔性绝缘阻燃基材的厚度为0.1-0.3mm，相对介电常数为2.9-3.4。

可选地，所述发热层为石墨烯导电发热层。

可选地，所述发热层的厚度为10-30μm。

可选地，所述铜银复合电极包括银内芯和覆在所述银内芯上的铜覆盖层电极；所述银内芯的宽度大于所述铜覆盖层的厚度。

可选地，所述银内芯的宽度为1-1.5cm，所述铜覆盖层的厚度为0.8-1.3cm。

可选地，所述热熔复合材料层为耐温胶，所述耐温胶包括EVA热熔胶层或有机硅耐高温胶层。

通过上述技术方案，本实用新型公开所述的基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，通过添加石墨烯，形成导电性能优异、稳定性高的导电网络，在电场作用下相互摩擦、碰撞，做“布郎运动”，产生大量的热量，并且以远红外线的方式辐射，实现高效的电-热的转换、发热体发热均匀、系统稳定，解决了现有技术中功率衰减、使用寿命短的问题；本实用新型采用绝缘阻燃的材质作为基材，解决了目前发热膜不耐温耐热耐燃的问题，杜绝了安全事故的发生。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是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，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是石墨烯的远红外辐射发热芯片的结构示意图。

附图标记说明

(1)第一绝缘阻燃基材；(5)第二绝缘阻燃基材；(2)发热层；(3)铜银复合电极；(4)耐温胶。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上部、下部、前方、后方”是指平面图中的“上部、下部、前方、后方”。

一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，所述远红外辐射发热芯片具有多层结构，该多层结构包括：第一绝缘阻燃基材1和第二绝缘阻燃基材5、发热层2、铜银复合电极3以及热熔复合材料层4；

所述第一绝缘阻燃基材1的顶部与所述发热层2的底部连接，所述发热层2的前方和后方与所述铜银复合电极3连接，所述铜银复合电极3的底部与所述绝缘阻燃基材1的顶部连接，所述发热层2的顶部与所述热熔复合材料层4的底部连接，所述铜银复合电极3的顶部与所述热熔复合材料层4的底部连接，所述热熔复合材料层4的顶部与所述第二绝缘阻燃基材5的底部连接。

本实用新型所述的一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片由如下步骤制备：

(1)首先将导电银浆印刷在绝缘基材的电极位置，经过烘道进行干燥。(2)然后将含石墨烯的水性导电油墨通过凹版印刷、或丝网印刷、或自动涂布在印有银电极的绝缘阻燃基材上，经过烘道进行干燥，形成石墨烯水性导电层，即发热层。(3)将铜电极覆在银电极上方，同时与覆有耐温胶的绝缘阻燃基材一起进行热压复合，形成远红外辐射发热芯片。(4)将远红外辐射发热芯片的电极两端通电，电能转换为热能，热量以远红外线辐射的方式进行传递，从而达到取暖的目的。

根据本实用新型，所述第一绝缘阻燃基材1和所述第二绝缘阻燃基材5各自独立地为刚性绝缘阻燃基材或柔性绝缘阻燃基材。

根据本实用新型，所述刚性绝缘阻燃基材为环氧树脂玻璃纤维板或云母板；所述刚性绝缘阻燃基材的厚度为0.8-1.5mm。

本实用新型中，所述刚性绝缘阻燃基材的阻燃等级≥B2级。

根据本实用新型，所述柔性绝缘阻燃基材为聚酯薄膜、聚酰亚胺膜或聚碳酸酯膜；所述柔性绝缘阻燃基材的厚度为0.1-0.3mm。

本实用新型中，所述柔性绝缘阻燃基材的阻燃等级为UL94V-0。采用绝缘阻燃的材质作为基材，解决了目前发热膜不耐温耐热耐燃的问题，杜绝了安全事故的发生。

根据本实用新型，所述发热层2为石墨烯导电发热层。

根据本实用新型，所述发热层2的厚度为10-30μm。

本实用新型中，石墨烯含量1％～15％纳米导电炭黑20％～40％，水性树脂粘结剂含量28％～39％，表面活性剂含量5％～30％。通过添加石墨烯，形成导电性能优异，稳定性高的导电网络，在电场作用下相互摩擦、碰撞，做“布郎运动”，产生大量的热量，并且以远红外线的方式辐射，实现高效的电热的转换，发热体发热均匀，系统稳定，解决了现有技术中功率衰减、使用寿命短的问题。

根据本实用新型，所述铜银复合电极3包括银内芯和覆在所述银内芯上的铜覆盖层电极；所述银内芯的宽度大于所述铜覆盖层的厚度。

根据本实用新型，所述银内芯的宽度为1-1.5cm，所述铜覆盖层的厚度为0.8-1.3cm。

本实用新型中，通过将含石墨烯的水性导电油墨通过凹版印刷、丝网印刷或自动涂布在印有银电极的绝缘阻燃柔性薄膜上，将新材料新技术与传统工艺相结合，成本低，产品一致性程度高，效率高，实现自动工业化生产。

根据本实用新型，所述热熔复合材料层4为EVA热熔胶层或有机硅耐高温胶层。

本实用新型所述的远红外辐射发热芯片可以在低温发热膜发射7-13μm波长的远红外线，主要集中在9.5μm处，与人体发射的9.5μm波长一致，可与人体产生共振并渗透到皮肤和皮下组织深处，从而产生温热效应，可促进新陈代谢、改善血液循环，具有健康理疗作用；同时辐射供暖室内温度比对流供暖均匀，没有冷辐射感，使人体具有极佳的舒适感，省电节能。

本实用新型所述的远红外辐射发热芯片可应用于建筑采暖、农业培育、工业保温等领域产品的发热元件，也可用于电热产品如电热垫、电墙暖、电暖器、电热毛巾架、暖手宝、发热卷轴画等产品的发热元件。

下面通过实施例来进一步举例说明本实用新型，但是本实用新型并不因此而受到任何限制。

实施例1

基于石墨烯的远红外辐射发热芯片的制备

本实施例包括：第一绝缘阻燃PET薄膜(1)、第二绝缘阻燃PET薄膜(5)、发热层(2)、铜银复合电极(3)和耐温胶(4)。

将导电银浆印刷在第一绝缘阻燃PET薄膜上，干燥后将含石墨烯和碳纳米管的水性纳米导电油墨通过凹版印刷在印有银电极的第一绝缘阻燃PET薄膜上，干燥后形成水性纳米三维导电层即发热层。该水性纳米三维导电层层厚为15μm，其中石墨烯含量3％，碳纳米管含量5％，纳米导电炭黑29.5％，水性树脂粘结剂含量38％，表面活性剂含量24.5％。最后将铜电极覆在银电极上方，同时与覆有EVA热熔胶的第二绝缘阻燃PET薄膜一起进行热压复合，形成远红外辐射低温发热膜。

实施例2

基于石墨烯的远红外辐射发热芯片的制备同实施例1，区别在于，将导电银浆印刷在环氧树脂玻璃纤维板上。

对比例1

基于石墨烯的远红外辐射发热芯片的制备同实施例1，区别在于，不含有石墨烯。

测试例1

以上实施例和对比例，对温度不均匀度、耐热耐燃性、功率偏差和电-热辐射转换效率进行测试，各性能参数的测试方法按照JG/T 286-2010《低温辐射电热膜》和GB/T4654-2008《非金属基体红外辐射加热器通用技术条件》中的方法进行测试。数据列于表1。

表1

	温度不均匀度	工作寿命	表面温度	功率偏差	电-热辐射转换效率
						实施例1	2℃	>30000h	45℃	-1％	77％
实施例2	3℃	>100000h	85℃	-1％	77％
						对比例1	7℃	5000h	45℃	-1％	60％

综上所述，本实用新型得到的基于石墨烯的远红外辐射发热芯片电-热辐射转换效率高、温度均匀、功率基本零衰减、工作寿命长、耐热耐燃，解决了目前发热膜温度不均一、功率衰减、不耐温耐热耐燃的问题；也解决了电热合金丝及电阻加热器温度不均一、热效率低的问题；杜绝了安全事故的发生。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (9)

1.一种基于石墨烯的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述远红外辐射发热芯片具有多层结构，该多层结构包括：第一绝缘阻燃基材(1)和第二绝缘阻燃基材(5)、发热层(2)、铜银复合电极(3)以及热熔复合材料层(4)；

所述第一绝缘阻燃基材(1)的顶部与所述发热层(2)的底部连接，所述发热层(2)的前方和后方与所述铜银复合电极(3)的一侧连接，所述铜银复合电极(3)的底部与所述第一绝缘阻燃基材(1)的顶部连接，所述发热层(2)的顶部与所述热熔复合材料层(4)的底部连接，所述铜银复合电极(3)的顶部与所述热熔复合材料层(4)的底部连接，所述热熔复合材料层(4)的顶部与所述第二绝缘阻燃基材(5)的底部连接。

2.根据权利要求1所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述第一绝缘阻燃基材(1)和所述第二绝缘阻燃基材(5)各自独立地为刚性绝缘阻燃基材或柔性绝缘阻燃基材。

3.根据权利要求2所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述刚性绝缘阻燃基材为环氧树脂玻璃纤维板或云母板；所述刚性绝缘阻燃基材的厚度为0.8-1.5mm。

4.根据权利要求2所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述柔性绝缘阻燃基材为聚酯薄膜、聚酰亚胺膜或聚碳酸酯膜；所述柔性绝缘阻燃基材的厚度为0.1-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述发热层(2)为石墨烯导电发热层。

6.根据权利要求5所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述发热层(2)的厚度为10-30μm。

7.根据权利要求1所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述铜银复合电极(3)包括银内芯和覆在所述银内芯上的铜覆盖层电极；所述银内芯的宽度大于所述铜覆盖层的厚度。

8.根据权利要求7所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述银内芯的宽度为1-1.5cm，所述铜覆盖层的厚度为0.8-1.3cm。

9.根据权利要求1所述的远红外辐射发热芯片，其特征在于，所述热熔复合材料层(4)为EVA热熔胶层或有机硅耐高温胶层。

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