[发明专利]一种碳纳米管石墨烯地暖砖

说明书

技术领域

本发明涉及地暖砖领域，特别是涉及一种碳纳米管石墨烯地暖砖。

背景技术

建设资源节约型社会已成为我们当今时代的一个主题，人们对室内 热环境的要求不断提高，采暖方式的节能、环保以及舒适成为现代采暖 技术发展的一个基本趋向。地砖辐射散热是最舒适的采暖方式，怎样提高辐射散热的效率成为一项亟待解决的普遍性技术难题。

石墨烯和碳纳米管因其独特的晶体结构而具有良好的电学、热导率和机械强度性质，这被广泛的应用于纳米电子材料和器件中。目前关于石墨烯和碳纳米管结合用于电暖砖的设计与制备中较少，现有的石墨烯地暖砖存在加热速度慢，使用过程中电热层功率逐渐变大，不能满足人们对地暖砖节能要求等问题，由此可见，目前亟需一种新的地暖砖，以解决现有技术存在的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种碳纳米管石墨烯地暖砖，其特征在于，所述地暖砖包括电热层，该电热层的组成材料包括：碳纳米管、石墨烯、碳酸铵、氯化铁。

优选的，所述石墨烯为多层石墨烯。

优选的，所述碳纳米管与石墨烯的摩尔比为5~9。

更优选的，所述碳纳米管与石墨烯的摩尔比为7.6。

在摩尔比为7.6时，性能地暖砖性能较佳，其电导率低，升温速度快，功率在长时间通电几乎不发生变化。

优选的，所述电热层由以下步骤制备而成，a.将石墨放入马弗炉中制成膨化石墨;b. 修饰膨化石墨;c.将步骤b中的石墨置于化学气相沉积炉中利用化学气相沉积工艺在膨化石墨上沉积碳纳米管，制得电热层。

被修饰的膨化石墨在沉积碳纳米管过程中,石墨片本身将会被进一步剥离,分解成石墨烯。由于天然石墨属层状结构,层与层之间结合力较弱,则易将一些原子和基团插入到石墨层间,形成石墨层间化合物而成为可膨化石墨。在高温作用下,层间化合物分解生成大量气体,体积膨胀数百倍。在化学气相沉积过程中,则可在层间原位生成碳纳米管,进一步将石墨层分开而制备出多层石墨烯,从而可在原位形成多层石墨烯/碳纳米管电热层。

优选的，所述步骤b.修饰膨化石墨具体过程为,将膨化石墨浸入到0.3~0.85碳酸铵水溶液中,再在搅拌条件下将含 0.15~0.52 mol/L 氯化铁的水溶液逐滴滴入到含膨化石墨的上述溶体 中,搅拌静置老化 3 h,过滤,烘干,650℃焙烧 45min,磨成细粉

优选的，将所述碳酸铵水溶液浓度为0.65mol/L。

当碳酸铵水溶液浓度为0.65mol/L形成的石墨烯为多层石墨烯片且呈透明状。

优选的，将所述氯化铁水溶液浓度为0.32mol/L。

在化学气相沉积中 获得的石墨烯片最薄。因为在铁离子浓度低的 溶液中,渗入到石墨片层间的铁原子量少,在石墨片 层间生长的碳纳米管数量也少,撑开的石墨片数量也少,所以在复合粉料中厚的石墨片也多。 当修饰 液中铁离子浓度高时,溶液中铁离子团尺寸大,此时 铁离子团只能渗入到大间隙的石墨片层之间,碳纳米管只能在大间隙的石墨片层沉积,所以多层石墨烯的厚度也较厚;而当铁离子浓度在0.32mol/L,铁离子团 的尺寸也小,数量也不少,它们可以渗入到更小间距 的石墨片之间,所以当沉积碳纳米管时,被撑开的石墨烯片数量较多,片层厚度最薄。

优选的，所述保温层材料为发泡混凝土。

采用发泡混凝土作为建筑物墙体及屋面材料，具有良好的节能效果，与在本发明中的发热层相互配合，使地暖砖温度上升快。

优选的，地暖砖的背面依次设有电热层、保温层所述电热层和保温层的周边设有封闭层，与所述瓷砖背面相接，所述保温层及封闭层下面设有喷砂层，

本发明的有益效果是：

1)高效节能，碳纳米管石墨烯制作的电热层导电发热时是直接把电能转换为热能而不会产生光能与机械能，几乎没有自身热损失，热效率高达 98%以上，其中大部分以辐射方式传递，且为面状发热，发热速度快且均匀。通电三分钟左右，电热层表面温度即可达到设计温度。

2）超薄、节省空间、易于加工，独特的加工工艺使发热板的厚度可以达到 0.32～1.4mm ，电热层（元件）可以粘贴、槽插、螺钉紧固在地暖砖中，不占用空间，此外，产品加工过程简单，方便。

3）安全耐用，电热层采用的发热体为非金属材料，表面采用高强度绝缘材料经高温高压复合而成，在长期通电运行下，具有耐腐蚀、祛湿防潮，功率几乎不发生变化的性能。