[發明專利]一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610049453.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105657877B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 高超;王冉;劉英軍;趙曉莉
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H05B3/34
• 分類號: H05B3/34;H05B3/14;D01F9/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜及其制備方法。所述電熱膜由具有螺旋結構的石墨烯纖維編織而成，該纖維不僅具有超高的斷裂伸長率，且在安全電壓0.5V?5V下實現對高溫30℃?420℃的快速響應，制備方法簡單，具體為：將氧化石墨烯膜化學還原后于500?3000℃高溫爐中熱處理得到石墨烯膜，再均勻卷繞后，得到石墨烯纖維。將石墨烯纖維編織后即得到石墨烯電熱膜。石墨烯電熱膜具有超高的加熱速率和降溫速率，超高的溫度響應，且工作電壓較低，可以用于人體，作為人體發熱布使用，且由于可拉升性能，在使用過程中能適應人體活動，如肌肉拉伸等，因此可以作為智能電熱材料廣泛應用。

技術領域

本發明涉及一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜及其制備方法。

背景技術

石墨烯材料引起全世界科學家們廣泛的研究，2004年英國曼徹斯特大學安德烈.吉姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫教授因為在二維石墨烯材料上的開創性實驗獲得2010年的諾貝爾物理學獎。石墨烯表現出豐富的化學性質，可以通過不同的化學反應來進行表面修飾，得到一系列化學衍生物。石墨烯具有高斷裂強度和楊氏模量，電學性能優異。石墨烯材料也是優異的導熱和電熱材料。傳統電熱材料如鎳鉻合金，存在成本高，密度大，質量重和加工工藝復雜等缺點，使用過程中不能拉伸，而石墨烯纖維柔韌性好，加熱速率快，熱響應溫度高，可以用于各種形狀的底物，并且超級可拉伸，可以適應人體活動如肌肉拉伸等，有希望替代傳統電熱材料廣泛應用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜，所述電熱膜由石墨烯電熱纖維編織而成，所述石墨烯電熱纖維具有由石墨烯納米片組成的雙阿基米德螺旋結構，片層間距為0.3～0.35nm，纖維的碳氧比為52.66～98，導電率為0.8-2.36×10⁶S/m，斷裂伸長率為30％-220％。

一種超級可拉伸的石墨烯電熱膜的制備方法，它的步驟如下：

(1)制備厚度為0.8～50μm的氧化石墨烯膜；

(2)以0.1-1℃/min的速率升溫到500-800℃，保溫0.5-2h，再以1-3℃/min的速率升溫到1000-1300℃，保溫0.5-3h，然后以5-8℃/min的速率升溫到2000-3000℃，保溫0.5-4h；

(3)將步驟3熱處理后的石墨烯膜裁剪成石墨烯條，將石墨烯條一端固定，另一端與轉速為250-300轉/min的轉子相連，沿徑向卷繞1～5min后，得到快速響應的石墨烯纖維；

(4)將步驟3得到的超快電熱響應的石墨烯纖維編織成電熱膜。

進一步地，所述步驟(1)中的氧化石墨烯膜將氧化石墨烯的水溶液通過真空抽濾法，旋涂法，噴涂法等方法中的一種制備得到。

進一步地，所述氧化石墨烯通過天然石墨化學氧化剝離法獲得。

本發明與現有技術相比具有的有益效果在于：

1.石墨烯的原料廣泛易得，成本低廉。

2.制備工藝簡單，尺寸可控。

3.石墨烯電熱膜具有超高的加熱速率和降溫速率，超高的溫度響應，且工作電壓較低，可以用于人體，作為人體發熱布使用，且由于可拉升性能(單根的斷裂伸長率達到150％)，在使用過程中能適應人體活動，如肌肉拉伸等，因此可以作為智能電熱材料廣泛應用。

附圖說明

圖1為沿徑向卷繞的示意圖。

圖2為石墨烯電熱膜產生快速電熱響應灰度圖；

圖3為4.1V未經拉伸①與拉伸不同程度的纖維的紅外成像灰度圖。