一种碳基电热膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109922548A(43)申请公布日2019.06.21(21)申请号201910173163.2(22)申请日2019.03.07(71)申请人中国空间技术研究院地址100194北京市海淀区友谊路104号(72)发明人常慧聪贾怡(74)专利代理机构中国航天科技专利中心11009代理人张丽娜(51)Int.Cl.H05B3/34(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种碳基电热膜及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种碳基电热膜及其制备方法，属于碳纳米材料技术领域，涉及一种碳膜的制备及其在电加热领域的应用。本发明的利用三维石墨烯为骨架单元，以聚丙烯腈为填充，经过热压、预氧化、高温碳化，最终获得以石墨化微晶作为交联剂的碳基电热薄膜。不同于传统层层自组装结构带来的各向异性及石墨烯片的堆叠效应，此薄膜的电学、热学性能一定程度上保留了三维石墨烯的各向同性。同时，其工作电压低，升温速率快，是目前报道的电热性能最优的薄膜材料之一。CN109922548ACN109922548A权利要求书1/1页1.一种碳基电热膜，其特征在于：该碳基电热膜的原料包括三维石墨烯和聚丙烯腈，三维石墨烯为骨架单元，聚丙烯腈填充在三维石墨烯的骨架中。2.根据权利要求1所述的一种碳基电热膜，其特征在于：碳基电热膜的组成包括三维石墨烯和石墨微晶，三维石墨烯和石墨微晶为交联结构。3.根据权利要求1或2所述的一种碳基电热膜，其特征在于：碳基电热膜的厚度为10μm～500μm。4.一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：第一步，将氧化石墨烯和第一有机溶剂进行混合，并搅拌，搅拌均匀后得到均匀溶液，然后将得到的溶液在高压反应釜中进行溶剂热反应；第二步，将第一步得到的产物和水进行溶剂交换，溶剂交换完成后进行冷冻干燥；第三步，将第二步得到的产物在惰性气氛或真空条件下进行加热处理，得到三维多孔石墨烯骨架结构；第四步，将聚丙烯腈和第二有机溶剂进行混合，并搅拌，得到溶液；第五步，将第三步得到的三维多孔石墨烯骨架结构加入到第四步得到的溶液中，并干燥，得到石墨烯/聚丙烯腈复合材料；第六步，将第五步得到的石墨烯/聚丙烯腈复合材料进行热压，得到石墨烯/聚丙烯腈复合材料薄膜；第七步，将第六步得到的石墨烯/聚丙烯腈复合材料薄膜在管式炉中依次进行预氧化、碳化，得到碳基电热膜。5.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第一步中，第一有机溶剂为乙醇、丙酮、四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺，氧化石墨烯的浓度为0.375～10mg/mL，溶剂热反应温度为130-250℃。6.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第三步中，加热处理温度为200～1000℃，加热处理时间为30-300min。7.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第四步中，第二有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、氮甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上按照任意比例混合；聚丙烯腈的分子量为5～20万。8.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第五步中，三维多孔石墨烯骨架结构和聚丙烯腈的质量比为10：10～90。9.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第六步中，热压温度为25～150℃，热压压力为19～500Pa。10.根据权利要求4所述的一种碳基电热膜的制备方法，其特征在于：所述的第七步中，预氧化温度为250～320℃，碳化温度为800～3000℃。2CN109922548A说明书1/6页一种碳基电热膜及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种碳基电热膜及其制备方法，属于碳纳米材料技术领域，涉及一种碳膜的制备及其在电加热领域的应用。背景技术[0002]煤炭取暖是我国长期的主要采暖方式，不可避免地产生更多的污染物和二氧化碳，给我国带来了比较严重的环境污染问题。电能是清洁环保能源，在未来取暖领域将起到举足轻重的地位。而常用的电热系统以电阻丝、金属网等材料为主，以镍铬合金为例，不仅价格昂贵，而且密度大、质量笨重，电热转换效率低，难以加工。因此，急需开发一种低密度、柔韧性好、高效的电热材料。[0003]石墨烯具有优良的力学、电学、热学性能，且密度低、易加工、耐腐蚀。这些优异的物理性能使其在电热材料领域具有极大潜力。当前，石墨烯电热膜的制备方法有两种，一种是在透明衬底上，如玻璃、PET等，通过化学气相沉积的方法得到透明石墨烯电热膜，主要用于汽车玻璃除雾等领域。但这种方法成本高、不耐弯折、无法大面积制备。另一种方法是将高分子树脂和石墨烯粉体混合成浆料，通过印刷、喷涂等方法成