[发明专利]一种自支撑的石墨烯基复合电热薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种自支撑的石墨烯基复合电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)：取氧化石墨烯溶液、纤维素纳米晶溶液和碳量子点溶液，混合，搅拌，涂膜，烘干，得到薄膜；(2)：将步骤(1)所得的薄膜在高温下退火还原，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明利用自组装的方法将纤维素纳米晶和碳量子点嵌入石墨烯层间，构筑了石墨烯层状仿贝壳结构；且该薄膜不需要任何聚合物或金属衬底，使其免受衬底的干扰，从而提升石墨烯复合薄膜的电加热性能。

技术领域

本发明属于复合薄膜材料技术领域，涉及一种自支撑的石墨烯基复合电热薄膜的制备方法。

背景技术

与传统的煤采暖相比，电采暖具有产热效率提高、PM2.5等污染物排放量减少 等诸多优点。除了大规模电采暖外，电加热还在除冰、去雾、热疗保健等诸多领域， 有广泛的用途。电加热的主要原理是焦耳定律，在一定的输入电压下，降低材料电 阻，提升材料导电性，可有效提升电加热片的产热效率。另外，为使产生的热量有 效传递，高的导热系数也是电加热器材必不可少的重要指标。因此，高导电、导热 材料的选取、设计和制备是电加热器材的性能提升的先决条件。

在诸多的电加热材料中，石墨烯因其特殊的结构和出色的性能受到广泛关注。 石墨烯是一种sp2杂化碳原子形成的单层二维平面碳材料，具有超高载流子迁移 率、高强度、高比表面积等诸多优良性能。实验测得的单层石墨烯导热系数可达 5300W/mK，远高于其他常用导热材料。以石墨烯为原料制备电热薄膜，有望大幅 度提升电加热器材的加热效率。

目前已有多项专利报道了石墨烯在电加热薄膜领域的应用，如中国专利CN108289345A，CN108289344A，CN207124772U等。但这些薄膜都是以聚合物 或金属箔作为基体。聚合物和金属箔衬底的导电、导热性能，相对石墨烯有很大差 距。因此，自支撑的石墨烯膜相比目前常规的石墨烯电加热膜，有潜力展现更好的 电加热效率。

但是，纯石墨烯膜具有面间导热差、力学性能不佳等诸多缺点。因此，为实现 自支撑石墨烯膜在电热领域的应用，有必要引入新的碳纳米相对石墨烯薄膜导热、 导电和力学性能实现进一步提升。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自支撑的石 墨烯基复合电热薄膜的制备方法，利用自组装的方法将纤维素纳米晶和碳量子点嵌 入石墨烯层间，构筑了石墨烯层状仿贝壳结构；且该薄膜不需要任何聚合物或金属 衬底，使其免受衬底的干扰，从而提升石墨烯复合薄膜的电加热性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自支撑的石墨烯基复合电热薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)：取氧化石墨烯溶液、纤维素纳米晶溶液和碳量子点溶液，混合，搅拌， 涂膜，烘干，得到薄膜；

(2)：将步骤(1)所得的薄膜在高温下退火还原，即得到目的产物。

进一步的，步骤(1)中，氧化石墨烯溶液通过以膨胀石墨为原料并利用 Hummers法制备而成。

进一步的，步骤(1)中，纤维素纳米晶溶液通过利用酸水解方法从植物原料 中提取得到。

更进一步的，酸水解方法中所用的酸为硫酸，其步骤具体为：

取植物原料加入质量比1:1的浓硫酸和去离子水的混合溶液中，加热水解，再 加去离子水稀释，静置，离心，透析，超声，即得到CNC溶液。

更进一步优选的，所述的植物原料为棉或麻。

更进一步优选的，加热水解的条件为：在65℃下水解1.5h。

进一步的，步骤(1)中，碳量子点溶液通过利水热法化学合成，其步骤具体 为：