[发明专利]石墨烯三维复合水性电热油墨及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯三维复合水性电热油墨及其制备方法，包括石墨烯分散液、碳纳米管分散液、炭黑分散液、第一水性树脂和第一分散剂，使得石墨烯、碳纳米管、炭黑形成三维稳定结构；通过在石墨烯与石墨烯之间添加炭黑与碳纳米管形成三维纳米结构层的方法，解决了电热膜长时间使用后发生的再石墨化、石墨化导致电热转换效率衰减的难题；炭黑呈颗粒状，可看成零维纳米材料；碳纳米管呈线棒状，属于一维纳米材料；石墨烯呈片状，是二维纳米材料；这三类材料结合在一起，搭接成了特有的三维碳纳米发热体；成骨架式网络，由单纯的面面接触变为点点接触，点线接触，线面接触，面面接触相结合的方式，增加导电通路的同时，提高了骨架网络电阻稳定性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料的制备和应用技术领域，涉及一种石墨烯三维复合水性电热油墨及其制备方法。

背景技术

以炭黑、石墨、碳纤维及其混合物为主要填料的碳系导电油墨，因成本低廉、性能稳定、性价比高等优点，广泛应用于除电热膜外的薄膜开关、柔性电路、医疗电子、通讯设备和电磁屏蔽等领域。无机纳米金属系(如铜系、银系等)和有机系(多为导电高分子)导电油墨具有更优的导电性能，因此纳米导电材料和高分子导电材料等新型油墨填料逐渐取代了碳系导电填料的主导研究地位。

但是随着碳纳米材料如碳纳米管和石墨烯的发现及应用，以此作为导电剂制备新型碳系导电油墨，具有更高的电导率、更优的机械强度和更轻的质量，具有良好研发前景和市场价值。传统电热膜采用导电炭黑和石墨作为导电剂，粒径在微米级，导电剂之间的接触不充分；在通电长期使用中，无定型的炭黑在电场作用下长期振动致使粒子之间的接触结构松垮，电荷传导路线会发生不可逆的负向变化，造成功率衰减；使用石墨烯作为导电剂的导电油墨，如果单纯通过增加石墨烯数量，容易发生团聚，且层层叠加易致石墨化，引起导电通路减少，也会引起功率衰减，限制了传统电热膜的使用期限。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种发热稳定的石墨烯三维复合水性电热油墨。

为达到上述目的，本发明一种石墨烯三维复合水性电热油墨，其特征在于：包括石墨烯、碳纳米管、炭黑、第一水性树脂、第一分散剂和第二分散剂。

本发明涉及一种发热稳定的石墨烯三维复合水性电热油墨，通过石墨烯先与碳纳米管结合，再在缝隙中天聪炭黑纳米颗粒方式设置，使得石墨烯、碳纳米管和炭黑形成三维稳定结构，并从根本上解决了电热膜长时间使用后发生的再石墨化问题，解决了石墨化导致电热转换效率衰减的大难题。互相固定互相制约的同时，为自由电子创造了很大的进出空间，降低了石墨烯工作时存在的再石墨化效应，缓解了电阻衰减，使得产品发热性能长久保持稳定，克服同类产品长时间使用后功率衰减的问题。

针对上述问题，本发明提供一种发热稳定的石墨烯三维复合水性电热油墨的制备方法。

为达到上述目的，本发明一种石墨烯三维复合水性电热油墨的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

(一)制备石墨烯油墨分液：

(1)取0.1-10重量份的石墨烯粉末，在搅拌状态下以5-10重量份/分钟的速度添加纯净水90-120重量份，添加后升温至25℃～100℃，保持下旋搅拌，温度恒温10小时；

(2)以0.1-1重量份/分钟的速度添加0.1-5重量份的第一分散剂，添加后升温至25℃～100℃，保持下旋搅拌，温度恒温46-50小时；

(3)降温至常温后出料；

(二)制备多壁碳纳米管油墨分液：

(1)取4-10重量份的多壁碳纳米管粉末，在搅拌状态下以5-10重量份/分钟的速度添加纯净水90-120重量份，添加后升温至25℃～100℃，保持下旋搅拌，温度恒温10小时；