[发明专利]一种基于石墨烯的可折叠电热膜器件

说明书

技术领域

本发明涉及新型导热器件，尤其涉及一种基于石墨烯的可折叠电热膜器件。

背景技术

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授Andre GeiM和Konstantin Novoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×10⁵cM²/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M²/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。

宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和热导性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑等高散热需求随身电子设备中去。

但是目前，所用氧化石墨烯本身尺寸不足，并且含有很多的碎片，使其在导热方面没有得到足够的发展，导热性能被限制在1400W/mK，不能满足科技快速发展的需求。而且膜结构设计的不足使得其柔性尚不明确，限制了其在柔性器件方面的应用。为此，我们采用了超大片氧化石墨烯组装石墨烯膜，极大地减少了边缘声子消散，并在高温下修复其破损结构，为其高导热提供了通路。另外，制孔剂在高温下制孔，形成了很多微气囊，得到多孔的石墨烯膜；在压制后，气孔消失，膜结构变得致密，同时其褶皱得到保留，使得其具有极好的柔性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯的可折叠电热膜器件。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于石墨烯的可折叠电热膜器件，包括发热元件、保护膜和两个截流体，所述保护膜位于发热元件的上下两侧，两个截流体分别与发热元件的两端相连；所述保护膜为PDMS膜，截流体为金属电极；发热元件为柔性石墨烯膜，通过以下方法制备得到：

(1)将平均尺寸大于100μm的氧化石墨烯配制成浓度为6～30mg/mL氧化石墨烯水溶液，在溶液中加入质量分数0.1-5％的助剂，所述助剂为无机盐、有机小分子或高分子；超声分散后，倒在模具板上烘干成氧化石墨烯膜，然后用还原剂进行还原；

(2)将还原后的石墨烯薄膜在惰性气体氛围下先以0.1-1℃/min的速率升温到500-800℃，保温0.5-2h；

(3)在惰性气体氛围下以1-3℃/min的速率升温到1000-1300℃，保温0.5-3h；

(4)在惰性气体氛围下以5-8℃/min的速率升温到2500-3000℃，保温0.5-4h，自然降温后即可得到多孔石墨烯薄膜。

(5)将石墨烯薄膜在高压下压制即可得柔性石墨烯膜。

进一步地，所述的无机盐选自碳酸氢铵、尿素、硫脲、偶氮二甲酰胺；有机小分子选自甘油、聚乙二醇200、聚乙二醇400；高分子选自纤维素、明胶、壳聚糖、水性聚氨酯、丙烯酸乳液等。

进一步地，所述的还原剂包含水合肼、胺类、抗坏血酸、碘化氢；由于水合肼在还原过程会使得膜材料膨胀，优先采用水合肼。

进一步地，所述的压制过程压力为50-200MP，时间为6-300h。

进一步地，所述步骤1中平均尺寸大于100um的氧化石墨烯通过以下方法得到：

(1)将Modified-Hummer法获得的氧化石墨片的反应液稀释后，于140目的网筛进行过滤，得到过滤产物；

(2)将步骤1获得的过滤产物于冰水按照体积比1：10混合均匀后，静置2h，逐滴加入双氧水(H₂O₂的质量分数为30％)，直到混合液的颜色不再改变(即混合液中的高锰酸钾已完全去除)；

(3)向步骤2处理后的混合液中逐滴加入浓盐酸(浓度为12mol/L)，直到絮状的氧化石墨消失，再用140目的网筛过滤出氧化石墨晶片；

(4)将步骤3获得的氧化石墨晶片置于摇床中，20～80转/min，震荡洗涤，使得氧化石墨晶片剥离，得到无碎片超大片的氧化石墨烯，平均尺寸大于87um，分布系数在0.2-0.5之间。