[发明专利]一种含透明石墨烯电路的发热结构及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含透明石墨烯电路的发热结构及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯（Graphene）自2004 年被英国曼彻斯特大学的教授Geim等报道以其奇特的性能引起了科学家的广泛关注和极大的兴趣被预测很有可能在很多领域引起革命性变化。单层石墨烯以二维晶体结构存在厚度只0.1334nm，它是构筑其它维度炭质材料的基本单元，它可以包裹起来形成零维的富勒烯，卷起来形成一维的碳纳米管层，层堆积形成三维的石墨。石墨烯是一种没有能隙的半导体，具有比硅高100倍的载流子迁移率(2×10cm/v)，在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，因此石墨烯是纳米电路的理想材料。石墨烯具有良好的导热性[3000W/ (m·K) ]、高强度(110GPa) 和超大的比表面积(2630m/g)。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、能量存储及复合材料等领域有光明的应用前景。

LED路灯是以发光二极管作为光源，因其是一种固态冷光源，具有耗电少、光效高、寿命长、抗震能力高、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源，LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。但LED路灯是一种固态冷光源，不像传统的白炽灯能够产热，那么LED路灯的灯罩的积雪、霜、冰块等不易去掉，尤其是在寒冷地区，雪雨天气较多且严重，灯罩上的积雪、霜、冰块影响LED路灯的透光率，甚至压坏路灯。

在冬季的雪雨天气里，火车、飞机、汽车等挡风玻璃上常常会有积雪堆压，或者玻璃上结有冰块，不易去除，给生活带来不便；尤其是在遇到下雨夹雪时汽车前挡风玻璃容易结冰，特别是车辆停放一晚上后，温度在零摄氏度以下时前挡风玻璃有水就容易结冰，且雨刮器易被冰雪粘在挡风玻璃上；如果用热水去融化冰雪容易使挡风玻璃因为温差变化太大而炸裂，也会使雨刮器变形；目前认为较正确的做法是，将空调开至热风，吹风模式为前风挡，待冰雪溶化后雨刮器自然化开，但这种做法耗时耗电且效果不佳；另外，在低温天气里，火车、飞机、汽车等玻璃温度低，而车内或机内温度高，故车内或机内的水蒸汽易在冰冷的玻璃上凝结，遮挡驾驶人的视线，看不清前方路况，酿造安全隐患，为了去除玻璃上凝结的水珠，通常需要用抹布拭去，对驾驶带来不便，容易分散驾驶人注意力，也会带来安全隐患；市场上出售的除雾剂在一定的时间内可以防止挡风玻璃表面形成汽雾，但除雾剂通常呈油脂状并不一定能与挡风玻璃表面的贴膜相融合，有时反而形成一层更模糊视线的油脂层，且不易擦掉，严重威胁到安全驾驶。目前，仍没有很好的方法解决上述问题和隐患。

发明内容

为解决上述存在的各种问题，本发明在路灯灯罩、汽车、火车、动车、高铁和飞机等交通工具的挡风玻璃等相关材质表面形成含透明石墨烯电路，通电后，石墨烯发热可有效防止积雪、冰块、露水、霜、汽雾及液体污渍在上述材质表面的形成和残留。

本发明的目的在于提供一种含透明石墨烯电路的发热结构。

本发明的另一目的在于提供一种含透明石墨烯电路的发热结构的制备方法。

本发明的再一目的在于提供含透明石墨烯电路发热结构在路灯灯罩中的应用。

本发明的再一目的在于提供含透明石墨烯电路发热结构在汽车、火车、动车、高铁和飞机交等交通工具的玻璃中的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种含透明石墨烯电路的发热结构，该结构包括基底层和石墨烯电路层。

一种含透明石墨烯电路的发热结构的制备方法为在基底上形成石墨烯电路。

进一步的，一种含透明石墨烯电路的发热结构的制备方法为：

1）在基底上制备石墨烯薄膜；

2）对基底上的石墨烯薄膜进行刻蚀，形成石墨烯电路，即含透明石墨烯电路的发热结构。

进一步的，步骤1）所述的制备石墨烯薄膜方法包括化学制备方法和物理制备方法。

进一步的，上述的化学制备方法包括：化学气相沉积法、氧化石墨还原法。

进一步的，上述的物理制备方法包括：外延生长法、机械剥离法、真空抽滤法、旋转涂覆法和喷射涂覆法。

进一步的，步骤1）所述的刻蚀包括光刻、等离子体刻蚀和溶液腐蚀。

进一步的，一种含透明石墨烯电路的发热结构的制备方法还可以为： 

1）制备喷墨打印用的纳米石墨烯浆料，该浆料中含有10～20wt%纳米石墨烯粉末、1～3wt%表面活性剂、2～10wt%分散剂和70～87wt%溶剂；

2）利用喷墨打印机将纳米石墨烯浆料在目的基材表面打印出电路图，即含透明石墨烯电路的发热结构。