[发明专利]基于rGO/MWCNTs的杂化加热片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于rGO/MWCNTs的杂化加热片，涉及混合电加热材料的制备领域，用于电加热器件，包括由非金属电加热材料制成的加热片本体，所述非金属电加热材料的制备原料包括还原氧化石墨烯和多壁碳纳米管。本发明还公开了一种基于rGO/MWCNTs的杂化加热片的制备方法。本发明提供的rGO/MWCNTs杂化加热片成本低，超薄柔软、节省空间、易于加工，具有最佳杂合比例，以及较简单的混合方式，操作简便，绿色安全，无任何有毒有害物质产生、无需加入任何表面活性剂和惰性气体保护，有良好的导热效果和较低的电导率，用电池即可加热。

技术领域

本发明涉及混合电加热材料的制备领域，尤其涉及一种基于rGO/MWCNTs的杂化加热片及其制备方法。

背景技术

电加热材料是一类遵循焦耳定律(电流在流经电阻时，电能转化为热能并向外传导或者辐射的过程)的发热材料，目前所用电加热材料主要分为金属电加热材料(metalelectric heating materials,MEMs)和非金属电加热材料(non-metallic electricheating materials,NMEMs)，而传统的MEMs主要是具有优异的导电性和极低电阻率的铜、银等，但价格昂贵、体型笨重且制作复杂，且产品内耗大，驱动力要求高，因此应用场景有限。相比之下，NMEMs耐腐蚀、抗氧化、电热转换效率高，廉价，如石墨、石墨烯(graphene,GF)、碳纳米管(carbon nanotube,CNT)等碳基材料已经被用于众多领域，也有了很多的研究和发展，但大多集中存在对其他生物性能的影响，且石墨烯片层之间存在π-π相互作用，容易团聚形成聚集体，影响其实际使用性能。

石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。由于其低质量密度、优良的电子导电性、高固有强度、合理的化学稳定性、更高的热导率和高表面积，已被广泛应用于电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器等方面。目前主要通过化学气相沉积等方式制备石墨烯加热片，也可以采用浸涂和喷涂等将石墨烯沉积在电加热元件上。研究指出，采用化学还原等方法可以将氧化石墨烯(graphene oxide,GO)变为还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)。目前已研究出比表面积较大且化学性质可调的rGO薄片，且证实rGO的电导率和导热率比GO更高，rGO目前可用于制作电热加热器、传感器、和电机制动器，还可以通过涂层工艺来修饰柔性基底。

碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，具有优异的力学、电学和热学特性，这使得其成为低能耗电加热复合材料的理想选择。可以通过浸涂和丝网印刷等涂层方式将含有CNT的溶液制成柔性电加热元件。一般来讲，单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube,SWCNT)具有较高的化学惰性，其表面更为纯净，而多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube,MWCNT)表面要活泼得多，一般结合有大量的表面基团如羧基等。Ilanchezhiyan等证实单壁碳纳米管分散体在低输入功率下可有效快速加热，并具有重量轻、柔软和加热稳定等优点。Jung等采用多壁碳纳米管制备透明加热薄膜，具有功耗低和响应速度快等优点。然而有研究显示，含CNT聚合物基体的导电性必须高于一定范围才适用于电加热，因而对CNT含量和分散状况提出较高的要求，具有较高的挑战性。

最近的研究报道CNT和GO或rGO的混合物可以成为增强的导电分散剂，因此重新堆积可以增强其电导率和导热率。此外超级电容器引入了MWCNT作为垫片防止石墨烯片之间的重叠，从而提高了超级电容器的性能。然而目前尚无关于将混合的rGO/MWCNTs开发成用于电加热过程的混合材料的研究。