[发明专利]高红外元件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种高红外元件的制备方法，包括：提供一金属材料；及在所述金属材料表面通过化学气相沉积生长得到石墨烯涂层。还公开了该方法制备的高红外元件及包含该高红外元件的装置。本发明通过在金属材料基底生长石墨烯红外辐射增强涂层的方法简单有效，便于推广至大规模生产；同时，石墨烯有效增强金属材料的红外发射能力，使辐射温度大幅增加且石墨烯涂层与基底结合紧密不易脱落。本发明的方法形成的高红外辐射元件有望在航空航天、工业窑炉、冶金制造、建筑涂层等领域得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及石墨烯的应用领域，具体涉及石墨烯在热辐射领域的应用。

背景技术

随着科技的进步与工业的发展，能源短缺问题日益凸显，在此背景下红外辐射材料的应用意义逐渐显现，人们对其的关注度也在不断升高。红外辐射材料能够将基体的热量以辐射的形式快速高效地辐射出去，一方面可以降低基体的温度用于散热领域，另一方面可以提高对外辐射温度用于电加热领域。

传统金属材料由于具有高导电、导热等优异物理性质，在日常生活及工业生产中得到广泛应用。但金属材料的红外发射率普遍较低，限制了其辐射散热及电加热性能的进一步提升。红外辐射增强涂料应运而生，其在红外波段具有很高的特征发射率，应用范围由最开始的红外干燥与加热逐渐扩展应用到航空航天、工业窑炉、冶金制造、建筑涂层等领域。

红外辐射增强涂料由高红外发射率的基料与粘合剂组成，粘合剂起到粘结基料与金属基底的作用。当前，红外辐射增强涂料普遍存在粘合剂长期使用温度低、与金属基底热膨胀系数不匹配、粘结力弱易脱落等问题，这成为了限制红外辐射增强涂料应用的一个关键挑战。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种高红外元件的制备方法、该方法制备的高红外元件及其该高红外元件的应用。

本发明提供一种高红外元件的制备方法，包括：提供一金属材料；及在所述金属材料表面通过化学气相沉积生长得到石墨烯涂层。

根据本发明的另一实施方式，所述碳源气体选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇中的一种或多种，碳源气体的流量为0.05sccm～100sccm等，例如但不限于，2sccm、10sccm、50sccm等。优选，还包括通入惰性气体或还原性气体于离子体增强化学气相沉积体系，惰性气体选自氩气和氮气中的一种或多种，还原性气体为氢气。

根据本发明的另一实施方式，所述化学气相沉积的生长温度为500～1100℃，例如但不限于，650℃、800℃、1000℃。升温速率为1℃/min～100℃/min，例如但不限于，10℃/min、30℃/min、50℃/min、70℃/min、90℃/min等。

根据本公开的一实施方式，所述化学气相沉积为等离子体增强化学气相沉积，其中等离子体源为射频、微波、直流等离子体源中的一种或其组合；等离子体源功率为10W～500W，例如但不限于，50W、150W、300W等。

根据本发明的另一实施方式，金属材料的形态可以是，但不限于块体、薄膜、箔材、纤维或泡沫。

根据本发明的另一实施方式，所述金属材料的材质为纯金属或合金；优选，所述金属材料所含元素选自铝、铍、镉、钴、金、铪、铟、铱、铁、铅、钼、镍、铂、钯、铼、银、钽、钛、钨、钒、锌、锆、铋、铜、锰、镁、铬、铑、钌、铝中的一种或多种。

本发明还提供一种通过上述方法制备的高红外元件。

根据本发明的一实施方式，所述石墨烯涂层为水平石墨烯涂层或垂直石墨烯涂层。

根据本发明的一实施方式，所述石墨烯涂层的厚度为1nm～100μm。

本发明又提供一种包含上述高红外元件的装置。