[發明專利]鈦納米片/石墨烯基纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010936741.6
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112030351B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 吳立剛;葉德林;張以河;馬宇飛;李明;李正博
• 申請（專利權）人: 北京康烯科技創新研究有限公司
• 主分類號: D04H1/4242
• 分類號: D04H1/4242;D04H1/728;D01D1/02;D01D5/00;D01F9/24;D01F1/10
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本發明提供了一種鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法，包括以下步驟：制備鈦粉的預剝離分散液、制備鈦粉與氧化石墨烯的混合物、制備鈦納米片/氧化石墨烯分散液、紡絲和后處理。本發明鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法通過在鈦納米片制備過程中加入氧化石墨烯，既能輔助鈦粉剝離成鈦納米片，也有助于鈦納米片與氧化石墨烯混勻。紡絲過程中進一步將鈦納米片、石墨烯以及炭黑負載到纖維上，具有比表面積大、紅外輻射強、熱傳導率高、柔性好、耐彎折效果顯著等優點，由于纖維中含有大量的PI高分子，使得纖維還具有機械強度高、耐高溫等優點。本發明還提供了一種鈦納米片/石墨烯基纖維。

技術領域

本發明涉及石墨烯發熱裝置技術領域，具體涉及石墨烯靜電紡絲纖維膜技術，更具體涉及一種柔性的鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法，本發明還涉及通過上述鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法制得的鈦納米片/石墨烯基纖維膜。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子通過sp2雜化軌道形成六角形呈蜂巢晶格結構且只有一層碳原子厚度的二維納米材料。石墨烯的獨特結構賦予其眾多優異特性，如高理論比表面積(2630m²/g)、超高電子遷移率(～200000cm2/v.s)、高熱導率(5300W/m.K)、高楊氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。憑其結構和性能優勢，石墨烯在能源存儲與轉換器件、納米電子器件、多功能傳感器、柔性可穿戴電子、電磁屏蔽、防腐等領域均有巨大應用前景。鑒于石墨烯的柔性和導電特性，將石墨烯漿體加入到油墨中制備出一種導電油墨，進一步通過油墨噴涂、干燥制備成石墨烯發熱層，制成石墨烯發熱體，具有生產過程快速、用料省、成本低等特點。

隨著人們對美好和健康生活的向往，改進傳統的供暖系統，尋找更加經濟、清潔的替代能源，發展新型的綠色低碳供暖系統刻不容緩。基于石墨烯紅外發射性能(波長為5～14微米的遠紅外線)的電加熱取暖技術即石墨烯基紅外發熱油墨及其紅外發熱體技術為解決上述問題提供了行之有效的解決方案。與傳統的燃煤、蒸汽、熱風和電阻等取暖方法相比，石墨烯加熱具有加熱速度快、電-熱轉化率高、自動控溫、分區控制、加熱穩定、加熱過程無異響、熱傳導效率高、運行費用低(每天每平米石墨烯電熱膜的耗電量能夠降至0.5度)、加熱相對均勻、占地面積小、投資與生產費用低、使用壽命長和工作效率高等諸多優點，更有利于推廣應用。用它代替傳統加熱設備，其節電效果尤其顯著，一般可節電30％左右，個別場合甚至可達60％～70％。

現有技術中，一般通過將石墨烯制成石墨烯漿料、油墨或涂料，再通過印刷方式制備成石墨烯發熱涂層等。例如專利申請號為CN 201911401440.7、專利名稱為石墨烯遠紅外地暖磚的發明專利公開了一種石墨烯遠紅外地暖磚，該地暖磚的磚單元包括發熱元件和散熱件，其發熱元件為石墨烯復合涂料構成，其散熱件為石墨烯復合齒條構成。此類石墨烯發熱涂層必須依托于基材進行印刷，且印刷制備的石墨烯發熱涂層經過反復折疊、拉伸后容易導致石墨烯發熱涂層斷裂、脫膠，進而導致石墨烯發熱涂層形成斷路，影響石墨烯發熱涂層的產熱效果和使用壽命。另外，石墨烯發熱涂層與柔性基材的粘附效果差、長時間使用易分離等缺陷也一直為業內所詬病。

石墨烯纖維膜是將石墨烯添加到紡絲原液中，進一步借助于靜電紡絲技術制備得到的纖維膜，石墨烯纖維膜具有柔性強、耐彎折效果好、表面積大等優點，石墨烯纖維膜不需要附著于基板，可以單獨成膜或者成膜后通過粘接劑粘接于柔性基板上用以供熱。但是現有的石墨烯纖維膜多存在以下缺陷：(1)分散效果差，石墨烯鱗片易相互堆疊導致局部石墨烯濃度過高，造成纖維的不可紡；(2)電阻值大，難以通過單一的石墨烯紡絲制備出低阻值的石墨烯纖維及石墨烯纖維膜；(3)耐熱性差，較高溫度下易熔融變形。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法，本發明還提供了一種采用前述鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法制得的鈦納米片/石墨烯基纖維膜，以解決現有的/石墨烯基纖維膜存在的分散效果差，石墨烯鱗片易相互堆疊、電阻值大、導電性能低、耐熱性差等缺陷。

第一方面，本發明提供了一種鈦納米片/石墨烯基纖維膜的制備方法，包括以下步驟：