[发明专利]一种基于碳纳米管膜的便携式电热元件的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米管膜的便携式电热元件的制备方法，包括以下步骤：S1、以50～150mg碳纳米管/100ml去离子水的比例，将碳纳米管和去离子水混合，加入表面活性剂，进行超声分散、真空抽滤和干燥，得到碳纳米管膜；S2、对所得碳纳米管膜进行辐照处理，辐射剂量为50～500kGy；S3、将碳纳米管膜夹于面板层和支撑基底层中间，压缩成型得到夹层结构的电热元件。本发明中采用辐照处理改性后的碳纳米管膜制备电热元件，整体制备工艺简单、清洁环保，提高了所得电热元件的热效率和表面温度，并且所得电热元件仅需较低的外加电压，携带、使用方便。

技术领域

本发明涉及碳纳米管发热元件领域，具体涉及一种基于碳纳米管膜的便携式电热元件的制备方法。

背景技术

碳材料优良的力学、导电、热辐射性能，使其不仅在航空航天的热防护材料中应用广泛，在民用、工业用电热体研究中逐渐得到关注。目前电热设备的发热组件主要有碳和金属丝两类发热材料。与金属电热元件相比，碳材料热匹配性好、热效率高、使用寿命长。现在的电热产品，主要是采用碳纤维作为发热组件，碳素材料已成为新一代节能环保型发热材料。

作为下一代高科技材料，碳纳米管(CNT)具有优异的电学、磁学和力学性能，应用前景广泛。但碳纳米管之间存在较强的范德华力，易缠绕、团聚，作为增强型或功能型填料在聚合物基体中分散困难，实际应用受限。将碳管制备成碳纳米管纸或碳纳米管膜，避免了碳管在聚合物基体中的分散问题。随碳纳米管制备方法的日臻完善，其性价比优势日趋明显，但关于碳纳米管基电热元件在民用领域的研究还不多见。

碳纳米管具有高长径比、高韧性和极强的导电、导热性能，电导率可达铜的10000倍，强度比钢高100倍，质量只有钢的1/6，场发射性能卓越，兼具金属性和半导体性，电热转化率达99.8％，还是理想的远红外集波物质。碳纳米管纸或碳纳米管膜是由碳纳米管通过范德华力紧密聚集在一起形成的具有三维网络微孔结构的片状材料。它兼具碳纳米管的电学、热学和磁学等物理化学性能，是一种具有碳纳米管属性的功能性面状电热材料。利用碳纳米管导电性能好、传热性能优越、远红外功能突出、机械强度大、韧性好等方面的突出优势，将碳纳米管膜用于电热材料必将大放异彩。

由于碳管之间的弱范德华力连接或物理缠结节点，缺乏有效的应力传递和电流流通及热传导通道，导致碳纳米管膜的力学、电学和热导性能远低于碳纳米管。因此，人们主要致力于提高碳纳米管膜的力学和导电性能，常采用在碳纳米管膜中渗透浸渍树脂，制备高碳管含量的传统的纤维增强复合材料；对碳纳米管膜的应用研究主要集中于电磁屏蔽和雷达吸波隐身方面。尽管有将碳管用于地暖材料的报道，目前仅利用了碳纳米管较低的电热性能。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种基于碳纳米管膜的便携式电热元件的制备方法，来解决碳纳米管膜应用领域受限的缺点，本发明将碳纳米管膜用于恒温发热元件领域。本发明采用的技术手段如下：

一种基于碳纳米管膜的便携式电热元件的制备方法，包括以下步骤：

S1、以50～150mg碳纳米管/100ml去离子水的比例，将碳纳米管和去离子水混合，加入表面活性剂，进行超声分散、真空抽滤和干燥，得到碳纳米管膜；

S2、对所得碳纳米管膜进行辐照处理，辐射剂量为50～500kGy；

S3、将碳纳米管膜夹于面板层和支撑基底层中间，压缩成型得到夹层结构的电热元件。

优选地，步骤S1中，碳纳米管为多壁碳纳米管，超声分散的功率为50～500W，时间为0.5～6h。

优选地，步骤S2中，室温下对所得碳纳米管膜进行伽马射线辐照处理。

优选地，步骤S3中，面板层和支撑基底层的材质均为PET、PP、PE材质塑料、无纺布、木板、陶瓷或金属。