[发明专利]一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法。所述电热膜由具有螺旋结构的石墨烯纤维编织而成，该纤维不仅具有超高的断裂伸长率，且在安全电压0.5V‑5V下实现对高温30℃‑420℃的快速响应，制备方法简单，具体为：将氧化石墨烯膜化学还原后于500‑3000℃高温炉中热处理得到石墨烯膜，再均匀卷绕后，得到石墨烯纤维。将石墨烯纤维编织后即得到石墨烯电热膜。石墨烯电热膜具有超高的加热速率和降温速率，超高的温度响应，且工作电压较低，可以用于人体，作为人体发热布使用，且由于可拉升性能，在使用过程中能适应人体活动，如肌肉拉伸等，因此可以作为智能电热材料广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯材料引起全世界科学家们广泛的研究，2004年英国曼彻斯特大学安德烈.吉姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫教授因为在二维石墨烯材料上的开创性实验获得2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯表现出丰富的化学性质，可以通过不同的化学反应来进行表面修饰，得到一系列化学衍生物。石墨烯具有高断裂强度和杨氏模量，电学性能优异。石墨烯材料也是优异的导热和电热材料。传统电热材料如镍铬合金，存在成本高，密度大，质量重和加工工艺复杂等缺点，使用过程中不能拉伸，而石墨烯纤维柔韧性好，加热速率快，热响应温度高，可以用于各种形状的底物，并且超级可拉伸，可以适应人体活动如肌肉拉伸等，有希望替代传统电热材料广泛应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种超级可拉伸的石墨烯电热膜，所述电热膜由石墨烯电热纤维编织而成，所述石墨烯电热纤维具有由石墨烯纳米片组成的双阿基米德螺旋结构，片层间距为0.3～0.35nm，纤维的碳氧比为52.66～98，导电率为0.8-2.36×10⁶S/m，断裂伸长率为30％-220％。

一种超级可拉伸的石墨烯电热膜的制备方法，它的步骤如下：

(1)制备厚度为0.8～50μm的氧化石墨烯膜；

(2)以0.1-1℃/min的速率升温到500-800℃，保温0.5-2h，再以1-3℃/min的速率升温到1000-1300℃，保温0.5-3h，然后以5-8℃/min的速率升温到2000-3000℃，保温0.5-4h；

(3)将步骤3热处理后的石墨烯膜裁剪成石墨烯条，将石墨烯条一端固定，另一端与转速为250-300转/min的转子相连，沿径向卷绕1～5min后，得到快速响应的石墨烯纤维；

(4)将步骤3得到的超快电热响应的石墨烯纤维编织成电热膜。

进一步地，所述步骤(1)中的氧化石墨烯膜将氧化石墨烯的水溶液通过真空抽滤法，旋涂法，喷涂法等方法中的一种制备得到。

进一步地，所述氧化石墨烯通过天然石墨化学氧化剥离法获得。

本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：

1.石墨烯的原料广泛易得，成本低廉。

2.制备工艺简单，尺寸可控。

3.石墨烯电热膜具有超高的加热速率和降温速率，超高的温度响应，且工作电压较低，可以用于人体，作为人体发热布使用，且由于可拉升性能(单根的断裂伸长率达到150％)，在使用过程中能适应人体活动，如肌肉拉伸等，因此可以作为智能电热材料广泛应用。

附图说明

图1为沿径向卷绕的示意图。

图2为石墨烯电热膜产生快速电热响应灰度图；

图3为4.1V未经拉伸①与拉伸不同程度的纤维的红外成像灰度图。