[發明專利]一種基于碳納米管膜的便攜式電熱元件的制備方法

有效

• 申請號: 202010514576.5
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111542140B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 陳茹;盧永楨
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: H05B3/14
• 分類號: H05B3/14;H05B3/18;H05B3/36;H05B3/03;H05B3/02
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;劉麗媛

本發明公開了一種基于碳納米管膜的便攜式電熱元件的制備方法，包括以下步驟：S1、以50～150mg碳納米管/100ml去離子水的比例，將碳納米管和去離子水混合，加入表面活性劑，進行超聲分散、真空抽濾和干燥，得到碳納米管膜；S2、對所得碳納米管膜進行輻照處理，輻射劑量為50～500kGy；S3、將碳納米管膜夾于面板層和支撐基底層中間，壓縮成型得到夾層結構的電熱元件。本發明中采用輻照處理改性后的碳納米管膜制備電熱元件，整體制備工藝簡單、清潔環保，提高了所得電熱元件的熱效率和表面溫度，并且所得電熱元件僅需較低的外加電壓，攜帶、使用方便。

技術領域

本發明涉及碳納米管發熱元件領域，具體涉及一種基于碳納米管膜的便攜式電熱元件的制備方法。

背景技術

碳材料優良的力學、導電、熱輻射性能，使其不僅在航空航天的熱防護材料中應用廣泛，在民用、工業用電熱體研究中逐漸得到關注。目前電熱設備的發熱組件主要有碳和金屬絲兩類發熱材料。與金屬電熱元件相比，碳材料熱匹配性好、熱效率高、使用壽命長。現在的電熱產品，主要是采用碳纖維作為發熱組件，碳素材料已成為新一代節能環保型發熱材料。

作為下一代高科技材料，碳納米管(CNT)具有優異的電學、磁學和力學性能，應用前景廣泛。但碳納米管之間存在較強的范德華力，易纏繞、團聚，作為增強型或功能型填料在聚合物基體中分散困難，實際應用受限。將碳管制備成碳納米管紙或碳納米管膜，避免了碳管在聚合物基體中的分散問題。隨碳納米管制備方法的日臻完善，其性價比優勢日趨明顯，但關于碳納米管基電熱元件在民用領域的研究還不多見。

碳納米管具有高長徑比、高韌性和極強的導電、導熱性能，電導率可達銅的10000倍，強度比鋼高100倍，質量只有鋼的1/6，場發射性能卓越，兼具金屬性和半導體性，電熱轉化率達99.8％，還是理想的遠紅外集波物質。碳納米管紙或碳納米管膜是由碳納米管通過范德華力緊密聚集在一起形成的具有三維網絡微孔結構的片狀材料。它兼具碳納米管的電學、熱學和磁學等物理化學性能，是一種具有碳納米管屬性的功能性面狀電熱材料。利用碳納米管導電性能好、傳熱性能優越、遠紅外功能突出、機械強度大、韌性好等方面的突出優勢，將碳納米管膜用于電熱材料必將大放異彩。

由于碳管之間的弱范德華力連接或物理纏結節點，缺乏有效的應力傳遞和電流流通及熱傳導通道，導致碳納米管膜的力學、電學和熱導性能遠低于碳納米管。因此，人們主要致力于提高碳納米管膜的力學和導電性能，常采用在碳納米管膜中滲透浸漬樹脂，制備高碳管含量的傳統的纖維增強復合材料；對碳納米管膜的應用研究主要集中于電磁屏蔽和雷達吸波隱身方面。盡管有將碳管用于地暖材料的報道，目前僅利用了碳納米管較低的電熱性能。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研究設計一種基于碳納米管膜的便攜式電熱元件的制備方法，來解決碳納米管膜應用領域受限的缺點，本發明將碳納米管膜用于恒溫發熱元件領域。本發明采用的技術手段如下：

一種基于碳納米管膜的便攜式電熱元件的制備方法，包括以下步驟：

S1、以50～150mg碳納米管/100ml去離子水的比例，將碳納米管和去離子水混合，加入表面活性劑，進行超聲分散、真空抽濾和干燥，得到碳納米管膜；

S2、對所得碳納米管膜進行輻照處理，輻射劑量為50～500kGy；

S3、將碳納米管膜夾于面板層和支撐基底層中間，壓縮成型得到夾層結構的電熱元件。

優選地，步驟S1中，碳納米管為多壁碳納米管，超聲分散的功率為50～500W，時間為0.5～6h。

優選地，步驟S2中，室溫下對所得碳納米管膜進行伽馬射線輻照處理。

優選地，步驟S3中，面板層和支撐基底層的材質均為PET、PP、PE材質塑料、無紡布、木板、陶瓷或金屬。