[發(fā)明專利]一種具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維熱管理器件及制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112135372B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛文斌;程潔;張淑芬
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H05B3/14
• 分類號: H05B3/14;C23C14/02;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/35
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 周媛媛;李馨

本發(fā)明公開了一種具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維熱管理器件及制備方法，屬于彩色熱管理器件領(lǐng)域。所述結(jié)構(gòu)色碳纖維材料由碳纖維材料作為內(nèi)芯以及包裹在碳纖維材料表面的具有梯度結(jié)構(gòu)的一維光子晶體薄膜組成。本發(fā)明通過控制濺射薄膜層的厚度，得到藍(lán)色、綠色、橙色、紫紅色等不同顏色的結(jié)構(gòu)色碳纖維布。碳纖維材料本身的柱狀結(jié)構(gòu)和濺射在碳纖維曲面上定向沉積的性質(zhì)產(chǎn)生了光子結(jié)構(gòu)的周期性梯度，從而提供了梯度變化的結(jié)構(gòu)色。碳纖維材料良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，賦予其具有低電壓驅(qū)動電加熱特性，在2.5V低電壓下，加熱器溫度就能達(dá)到52℃左右，且具有良好的循環(huán)熱穩(wěn)定性。因此，本發(fā)明可以在彩色柔性織物熱管理領(lǐng)域有很大應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于彩色熱管理器件領(lǐng)域，涉及一種具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維熱管理器件及制備方法，具體涉及一種結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維材料、基于彩色碳纖維熱管理器件及制備方法。

背景技術(shù)

近年來，柔性電驅(qū)動熱管理器因其在可穿戴加熱設(shè)備領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用潛力而受到廣泛的關(guān)注。與化學(xué)能熱管理器相比，電驅(qū)動熱管理器具有長期焦耳加熱穩(wěn)定性和可回收性等優(yōu)點。因此，許多不同的導(dǎo)電材料已被廣泛用于柔性可穿戴熱管理器件，包括金屬納米線及其混合納米復(fù)合材料、石墨薄膜等，這些材料制備的柔性熱管理器已經(jīng)實現(xiàn)高溫、快速熱響應(yīng)和均勻加熱區(qū)域的優(yōu)點，但是通常電阻很高，需要很高的驅(qū)動電壓才能達(dá)到目標(biāo)溫度，這對人體是很危險的。因此，柔性可穿戴電熱管理設(shè)備需要同時具有低驅(qū)動電壓和良好的穩(wěn)定性能。Jeong等報道了通過將纖維素紙浸入水碳納米管中分散的加熱器，該加熱器在僅4v電壓下達(dá)到68℃，但是填料層-基體界面附著力弱，限制了其實際應(yīng)用(Journal ofmaterials chemistry.A. 2013-01-01；1(13):4177.)。Zhang等人在碳化后的織物表面用Ecoflex混合液封裝，制備出了柔性低驅(qū)動電壓的可穿戴熱管理器件，在3.5V的低電壓可以驅(qū)動加熱器達(dá)到 140℃(Adv Electron Mater.2017-01-01；3(9):1700193.)。Jiuk Jang利用靜電紡絲制備銀納米線作為加熱電極，再將銀納米線噴涂在PET薄膜上，制備出透明柔性可穿戴熱管理器(Npg Asia Mater.2017-01-01；9(9):e432.)。但是，這些報道制備的電驅(qū)動熱管理器顏色單一，基本都是黑色和無色，容易產(chǎn)生視覺疲勞，無法滿足人類的需求，因此如何制備顏色穩(wěn)定、靚麗的柔性低驅(qū)動電壓的可穿戴熱管理器件是個很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決可穿戴熱管理器件的顏色單調(diào)、匱乏的問題，本發(fā)明提供了一種顏色靚麗具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維柔性熱管理器件及其制備方法。本發(fā)明通過磁控濺射技術(shù)制備出顏色靚麗的結(jié)構(gòu)色梯度碳纖維材料，將結(jié)構(gòu)色梯度碳纖維材料、藍(lán)牙模塊、單片機(jī)控制芯片、溫度傳感器和液晶顯示屏集成，制備出了可以通過手機(jī)無線控制溫度的低電壓驅(qū)動的可穿戴的具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維熱管理器件。

本發(fā)明提供了一種具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維材料，所述具有結(jié)構(gòu)色梯度的彩色碳纖維材料包括若干碳纖維橫縱交錯形成的平織結(jié)構(gòu)，以及以單根碳纖維作為內(nèi)芯并在碳纖維表面包裹具有梯度厚度的一維光子晶體薄膜，所述梯度厚度為在同一平面內(nèi)的單根碳纖維表面上包裹的一維光子晶體薄膜的厚度沿軸向由中間向兩邊逐漸減小。

進(jìn)一步地，上述技術(shù)方案中，所述具有梯度厚度的一維光子晶體薄膜由低折射率的金屬氧化物和高折射率的金屬氧化物由內(nèi)到外層層交替堆疊形成的周期性分布的微結(jié)構(gòu)組成，所述高折射率指折射率≥1.8，所述低折射率指折射率≤1.8。

進(jìn)一步地，上述技術(shù)方案中，所述碳纖維材料包括碳纖維布。

進(jìn)一步地，上述技術(shù)方案中，所述周期為2-5個周期，優(yōu)選為3個周期。