[发明专利]钯纳米片/石墨烯基纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法，包括以下步骤：制备钯粉的预剥离分散液、制备钯粉与氧化石墨烯的混合物、制备钯纳米片/氧化石墨烯分散液、纺丝和后处理。本发明钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法通过在钯纳米片制备过程中加入氧化石墨烯，既能辅助钯粉剥离成钯纳米片，也有助于钯纳米片与氧化石墨烯混匀。纺丝过程中进一步将钯纳米片、石墨烯以及炭黑负载到纤维上，具有比表面积大、红外辐射强、热传导率高、柔性好、耐弯折效果显著等优点，由于纤维中含有大量的PI高分子，使得纤维还具有机械强度高、耐高温等优点。本发明还提供了一种钯纳米片/石墨烯基纤维膜。

技术领域

本发明涉及石墨烯发热装置技术领域，具体涉及石墨烯静电纺丝纤维膜技术，更具体涉及一种柔性的钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法，本发明还涉及通过上述钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法制得的钯纳米片/石墨烯基纤维膜。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子通过sp2杂化轨道形成六角形呈蜂巢晶格结构且只有一层碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯的独特结构赋予其众多优异特性，如高理论比表面积(2630m²/g)、超高电子迁移率(～200000cm2/v.s)、高热导率(5300W/m.K)、高杨氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。凭其结构和性能优势，石墨烯在能源存储与转换器件、纳米电子器件、多功能传感器、柔性可穿戴电子、电磁屏蔽、防腐等领域均有巨大应用前景。鉴于石墨烯的柔性和导电特性，将石墨烯浆体加入到油墨中制备出一种导电油墨，进一步通过油墨喷涂、干燥制备成石墨烯发热层，制成石墨烯发热体，具有生产过程快速、用料省、成本低等特点。

随着人们对美好和健康生活的向往，改进传统的供暖系统，寻找更加经济、清洁的替代能源，发展新型的绿色低碳供暖系统刻不容缓。基于石墨烯红外发射性能(波长为5～14微米的远红外线)的电加热取暖技术即石墨烯基红外发热油墨及其红外发热体技术为解决上述问题提供了行之有效的解决方案。与传统的燃煤、蒸汽、热风和电阻等取暖方法相比，石墨烯加热具有加热速度快、电-热转化率高、自动控温、分区控制、加热稳定、加热过程无异响、热传导效率高、运行费用低(每天每平米石墨烯电热膜的耗电量能够降至0.5度)、加热相对均匀、占地面积小、投资与生产费用低、使用寿命长和工作效率高等诸多优点，更有利于推广应用。用它代替传统加热设备，其节电效果尤其显著，一般可节电30％左右，个别场合甚至可达60％～70％。

现有技术中，一般通过将石墨烯制成石墨烯浆料、油墨或涂料，再通过印刷方式制备成石墨烯发热涂层等。例如专利申请号为CN 201911401440.7、专利名称为石墨烯远红外地暖砖的发明专利公开了一种石墨烯远红外地暖砖，该地暖砖的砖单元包括发热元件和散热件，其发热元件为石墨烯复合涂料构成，其散热件为石墨烯复合齿条构成。此类石墨烯发热涂层必须依托于基材进行印刷，且印刷制备的石墨烯发热涂层经过反复折叠、拉伸后容易导致石墨烯发热涂层断裂、脱胶，进而导致石墨烯发热涂层形成断路，影响石墨烯发热涂层的产热效果和使用寿命。另外，石墨烯发热涂层与柔性基材的粘附效果差、长时间使用易分离等缺陷也一直为业内所诟病。

石墨烯纤维膜是将石墨烯添加到纺丝原液中，进一步借助于静电纺丝技术制备得到的纤维膜，石墨烯纤维膜具有柔性强、耐弯折效果好、表面积大等优点，石墨烯纤维膜不需要附着于基板，可以单独成膜或者成膜后通过粘接剂粘接于柔性基板上用以供热。但是现有的石墨烯纤维膜多存在以下缺陷：(1)分散效果差，石墨烯鳞片易相互堆叠导致局部石墨烯浓度过高，造成纤维的不可纺；(2)电阻值大，难以通过单一的石墨烯纺丝制备出低阻值的石墨烯纤维及石墨烯纤维膜；(3)耐热性差，较高温度下易熔融变形。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法，本发明还提供了一种采用前述钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法制得的钯纳米片/石墨烯基纤维膜，以解决现有的/石墨烯基纤维膜存在的分散效果差，石墨烯鳞片易相互堆叠、电阻值大、导电性能低、耐热性差等缺陷。

第一方面，本发明提供了一种钯纳米片/石墨烯基纤维膜的制备方法，包括以下步骤：