一种石墨烯发热膜及石墨烯发热装置的制作方法

本实用新型涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种石墨烯发热膜，本实用新型还涉及一种石墨烯发热装置。

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(5000w/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、运行费用低、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，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％。

石墨烯红外加热壁画、壁纸、地板等器件中最为核心的部分即为石墨烯加热板/功能层。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方式。但这些方式制备石墨烯发热膜及发热装置存在功能层存在厚度可控性差、方阻大、产热不均匀，难以满足实际应用，石墨烯发热层结构不稳定，长时间产热容易断路、使用寿命短等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种石墨烯发热膜，以解决现有技术中石墨烯发热膜存在的发热均匀性难以保证、耐高压击穿力差、石墨烯发热膜固定效果不佳且导电性差等缺陷。

第一方面，本实用新型提供了一种石墨烯发热膜，包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，所述石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜；

任一所述石墨烯发热涂层两端的底部均设有电极条，所述电极条与所述石墨烯发热涂层电连接，所述电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条；

所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极载流条，所述电极载流条夹设于石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间，若干并排设置的石墨烯发热涂层均与电极载流条电连接；

任一所述石墨烯发热涂层的两端还设有电极连接段，所述电极连接段夹设于石墨烯发热涂层与电极载流条之间，并排设置的石墨烯发热涂层均通过电极连接段与电极载流条电连接；

所述石墨烯发热膜上还设有至少一对电极孔，至少一对所述电极孔分别设于石墨烯发热膜两端且贯穿石墨烯发热膜，所述电极孔套接电极杆时，所述电极载流条与电极杆电连接。

优选的，所述电极孔处还设有用于扣合电极杆的电极扣，所述电极扣与电极载流条电连接。

优选的，所述电极扣为金属环扣，所述金属环扣的外缘与石墨烯发热膜电连接，所述金属环扣的内缘用于套接电极杆。

优选的，所述载体与石墨烯发热涂层之间还设置有第一热反射层，所述第一热反射层包括第一绝缘层、金属箔层及第二绝缘层；

所述金属箔层设于第一绝缘层与第二绝缘层之间，所述第一绝缘层设于载体与金属箔层之间以用于连接载体与金属箔层，所述第二绝缘层设于金属箔层与石墨烯发热涂层之间以用于连接金属箔层与石墨烯发热涂层。

优选的，所述石墨烯发热涂层与高分子绝缘膜之间还设置有蓄热缓释层。

优选的，所述载体为改性pet薄膜，所述高分子绝缘膜为pet薄膜，所述pet薄膜表面涂覆气相氧化铝。

优选的，任一所述石墨烯发热涂层的两端均开设有多个均匀分布的方孔。

本实用新型石墨烯发热膜包括载体和涂覆于载体上的若干并排设置的石墨烯发热涂层，石墨烯发热涂层上热压覆合有高分子绝缘膜。并排设置的石墨烯发热涂层有利于石墨烯发热涂层的厚度均匀性，达到稳定的石墨烯发热阻抗，从而提高石墨烯远红外法相发射率和电热辐射转化效率。电极条与载体间设有阻隔电极条与载体接触的石墨烯条，可有效阻隔银电极条与载体的直接接触，防止两者间的硫化反应，从而延长产品的使用寿命。借助于电极连接段和电极载流条将若干石墨烯发热涂层并联，由此将石墨烯发热膜组建成一个整体的发热模组，后端工序可根据不同产品长度任意裁剪，达到一膜多用。石墨烯发热膜上还设有至少一对电极孔，通过电极孔套接电极杆，既能保证石墨烯发热膜固定于石墨烯发热装置内，也能保证石墨烯发热膜与电极杆之间良好的导电性，安全载流更可靠。高分子绝缘膜通过热覆合于电极载流条和石墨烯发热涂层上表面，使石墨烯发热涂层具有强的抗剥离力，石墨烯发热膜耐高压击穿，同时也延长产品的使用寿命。

第二方面，本实用新型提供了一种石墨烯发热装置，包括凹槽底座、上盖及上述任一项所述的石墨烯发热膜，所述上盖盖合于凹槽底座用于合围成容置腔，所述石墨烯发热膜容置于容置腔中；

所述凹槽底座的凹槽中设有与电极孔对应的电极杆，所述电极孔套接电极杆时，所述电极载流条与电极杆电连接。

优选的，所述凹槽底座的凹槽中设有四根电极杆，所述石墨烯发热膜上设有四个电极孔；

所述石墨烯发热膜呈矩形，所述四个电极孔设于石墨烯发热膜的四角。

优选的，所述凹槽底座的凹槽内壁上设置有第二热反射层，所述上盖包括绝缘导热层以及设于所述绝缘导热层上的防滑层，所述上盖盖合于凹槽底座时，所述绝缘导热层朝向凹槽底座。

优选的，所述凹槽底座的凹槽内设有多层石墨烯发热膜，多层石墨烯发热膜的石墨烯发热涂层均朝向上盖，多层石墨烯发热膜依次垛堞并与电极杆套接。

本实用新型石墨烯加热装置包括凹槽底座、上盖及石墨烯发热膜，石墨烯发热膜具有相当的柔性、韧性及硬度，具有抗弯折、耐磨损和适当拉伸的功能。本实用新型石墨烯加热装置还具有组装方便、结构稳定且导电性良好等优点，发热装置保护良好，具有防止漏电、耗能低、耐高温、使用寿命长等特点，实用性强，经济价值突出。

本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本实用新型的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本实用新型一实施方式电加热装置的爆炸图；

图2为图1所示凹槽底座的内部结构示意图(隐藏凹槽底座的四壁)；

图3为图1所示上盖的结构示意图；

图4为图1所示加热板与上盖之间的排列结构示意图；

图5为图1所示石墨烯加热膜的爆炸图；

图6为图5所示热量反射层的纵截面视图。

具体实施方式

以下所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开了一种石墨烯加热装置。该石墨烯加热装置凹槽底座1、上盖2及石墨烯发热膜3。上盖2盖合于凹槽底座1上合围成容置腔，组装该石墨烯加热装置时，先将石墨烯发热膜3容置于凹槽底座1的凹槽内，再将上盖2盖合于凹槽底座1上以封堵凹槽，由此组装成石墨烯加热装置。在本实施例方式中，如图2(省略了凹槽底座的四壁)所示，凹槽底座1的凹槽中还设有四根电极杆11，例如可以是铝制金属电极杆，石墨烯发热膜3上设有与电极杆11相应的电极孔31。组装石墨烯发热膜3时，将四根电极杆11对准四个电极孔31并穿入，由此将石墨烯发热膜3牢固地固定在了凹槽底座1的凹槽内，同时，由于电极杆11与石墨烯发热膜3电连接，方便通过电极杆11为石墨烯发热膜3供电、产热。

作为本实施例的优选实施方式，凹槽底座1的外壁上可以设有插头或者插座，且该插头或者插座与四根电极杆11中的一对电连接，由此方便通过凹槽底座1外壁上的插头或者插座、电极杆11为石墨烯发热膜3供电、产热。

在本实施方式中，凹槽底座1外壁上设有六个插头或者插座，六个插头或者插座分别与四根电极杆11中的两根电连接，四根电极杆11中任意两根排列组合共有六组，分别对应于六个插头或者插座，且每个插头或者插座上标注其选择的一对电极杆11。由此，当任一根电极杆11或者电极孔31出现故障(接触不良)时，可以选择其它的电极杆11或者电极孔31实现电导通，避免更换石墨烯发热膜3或者凹槽底座1的繁琐过程。

在其它优选的实施方式中，电极杆11及电极孔31的数量还可以是3、5、6、7、8等，既能保证石墨烯发热膜3牢固地固定在了凹槽底座1的凹槽内，同时由于电极杆11与石墨烯发热膜3具有多种可选的电连接方式，有效防止石墨烯发热膜使用过程出现短路或者接触不良，延长了石墨烯发热装置的使用寿命。

在其它优选的实施方式中，凹槽底座1的外壁上还可以设置功率调节旋钮或者触控屏，用于调节石墨烯发热膜3的产热功率。在其它优选的实施方式中，凹槽底座1的外壁上还可以设置显示屏，用于显示凹槽外表的温度以及工作的功率。

在本实施例中，凹槽底座1的凹槽的横截面为矩形，相应的，石墨烯发热膜3同样呈矩形，在其它实施方式中，凹槽底座1的凹槽的横截面及石墨烯发热膜3还可以是多边形、圆形、椭圆形或者不规则形状。

在本实施例中，电极孔31处还设有金属环扣32，例如，可以是金属镍环扣，金属环扣32的外缘与石墨烯发热涂层电连接，金属环扣32的内缘用于套接电极杆11。通过设置金属环扣32可以起到保护石墨烯发热涂层以及石墨烯发热膜3的作用，确保石墨烯发热涂层以及石墨烯发热膜3与电极杆11良好电连接的同时，也能确保将石墨烯发热膜3固定住，还能防止套接电极杆11过程中造成石墨烯发热涂层以及石墨烯发热膜3的损坏。在本实施方式中，金属环扣32的外缘设有多个金属勾爪，金属勾爪的末端牢固抓住电极载流条，起到固定金属环扣32的作用，同时也能保证金属环扣32通过电极载流条与石墨烯发热涂层之间良好的电连接，亦即电极杆11与石墨烯发热膜3之间良好的电连接。

作为优选的实施方式，凹槽底座1的凹槽内壁上还设置有热反射层12。由此，通过设置热反射层12能够防止石墨烯发热膜3产生的热量通过凹槽底座1的外壁及底座扩散出去造成热量浪费，设置的热反射层12确保石墨烯发热膜3产生的热量仅通过上盖2扩散到外部，确保热能的有效利用。在本实施例中，热反射层12为银镜层。在本实施例中，凹槽底座1的材质为阻热、阻燃材料制成，或者凹槽底座1可以设置成内外两层以及中间真空隔热层，同样具有确保热能有效利用的功能。

作为优选的实施方式，如图3所示，上盖2包括绝缘导热层21以及设于绝缘导热层21上的防滑层22，其中绝缘导热层21优选为陶瓷材质制成，既能快速将石墨烯发热膜3产生的热量扩散出去，也能起到很好的支撑作用。防滑层22优选为柔性导热树脂，上盖2盖合于凹槽底座1时，绝缘导热层21朝下，防滑层22朝上，防滑层22既能快速导热，还具有一定的柔性，具有防滑和缓冲压力的作用。

作为优选的实施方式，如图4所示，绝缘导热层21上还设有温度传感器211，温度传感器211用于检测绝缘导热层21的温度。防滑层22上还可以设置温度显示屏221，用于显示温度传感器211检测的温度，方便用户实时知晓石墨烯加热装置的产热情况。

作为优选的实施方式，凹槽底座1的凹槽内还可以设有多层石墨烯发热膜3，多层石墨烯发热膜3的石墨烯发热涂层均朝向上盖2，多层石墨烯发热膜3依次垛堞固定于电极杆11。多层设置的石墨烯发热膜3组成复合石墨烯发热膜，具有提升产热功率的作用，当某一石墨烯发热膜3出现故障时，由于多层石墨烯发热膜3彼此并联，相互之间不会干扰，具有一定的补充产热作用。

实施例2

如图1和图5所示，石墨烯发热膜3上还设有4个电极孔31，4个电极孔31分别设于矩形石墨烯发热膜3的四角且贯穿石墨烯发热膜3，当电极孔31套接电极杆11时，电极载流条与电极杆11电连接。由此，实现了石墨烯发热膜3与电极杆11之间良好的电导通。

如图5所示，为本实用新型一种实施方式的石墨烯发热膜3。该石墨烯发热膜3包括载体301和涂覆于载体301上的若干并排设置的石墨烯发热涂层302。其中，载体301为改性pet薄膜，改性pet薄膜是在pet薄膜的双面先进行电晕处理，再进行表面加硬涂层处理，并在生产前进行热定型、脱硫处理，保证其在高温下尺寸稳定性良好，二次横向收缩率接近零，纵向收缩率为2‰-3‰，改性后的pet薄膜具有强的表面附着力，提高了产品质量的稳定性和可靠性。

石墨烯发热涂层302为石墨烯基导电油墨印刷制成。石墨烯发热涂层302涂覆于载体301上，为多条矩形面状，每条石墨烯发热涂层302的宽度为100-180mm，相比整片的导电油墨，多条设置有利于石墨烯发热涂层302的厚度均匀性，达到稳定的石墨烯发热阻抗，从而提高石墨烯远红外法向发射率和电热辐射转化效率。

作为优选的实施方式，石墨烯发热涂层302上热压覆合有高分子绝缘膜303。高分子绝缘膜303的外表面涂有气相三氧化二铝的pet薄膜，并经高压表面处理，高分子绝缘膜303通过高温热覆合于石墨烯发热涂层303上表面，热覆合的温度为140-150℃，高温覆合使其具有强的抗剥离力，耐高压击穿，同时也延长产品的使用寿命。

每条石墨烯发热涂层302的两端底部均设有银电极条304，可增加每条石墨烯发热涂层302的电极稳定性，在后续生产环节便于监测单个石墨烯发热涂层302的阻抗，确保阻抗的稳定性。

银电极条304与载体301间设有石墨烯条305，石墨烯条305可阻隔银电极条304与载体301的pet基材直接接触，可阻止两者间的硫化反应，为产品的品质提供保障，同时延长产品的使用寿命。

石墨烯发热涂层302上还设有电极连接段306，电极连接段306的宽度为3-30mm，电极连接段306将石墨烯发热涂层302并联连接，达成一个整体产品，后端工序可根据不同产品长度任意裁剪，达到一膜多用。

电极连接段306的上表面设有电极载流条307，高分子绝缘膜303覆合于电极载流条307上表面，电极载流条307选用电阻低的导电铜箔，石墨烯发热涂层302两端分别设置一根电极载流条307，分别是：左电极载流条和右电极载流条，左电极载流条和右电极载流条均与电极孔31(具体为金属环扣32)电连接，由此确保每一个石墨烯发热涂层302均与电极杆11电连接。左电极载流条和右电极载流条分别与石墨烯发热涂层302两端的电极连接段306电连接，确保石墨烯发热涂层302彼此并联，可提高石墨烯发热膜两端负载力，在标准功率范围内，增加石墨烯发热膜电极端的安全载流量，提高产品的安全性。

作为优选的实施方式，每条石墨烯发热涂层302的两端均开设有多个均匀分布的方孔3021，可在生产过程中把每段石墨烯发热涂层302的阻抗在标准范围内，同时增加石墨烯发热涂层302与电极载流条307和银电极304之间的接触面，安全载流更可靠。

作为优选的实施方式，载体301与石墨烯发热涂层302之间还设置有热量反射层308，相当于石墨烯发热涂层302涂敷于热量反射层308上。如图6所示，热量反射层308包括第一绝缘层3081、金属箔层3082及第二绝缘层3083。金属箔层3082设于第一绝缘层3081与第二绝缘层3083之间，第一绝缘层3081设于载体301与金属箔层3082之间以用于连接载体301与金属箔层3082，第二绝缘层3083设于金属箔层3082与石墨烯发热涂层302之间以用于连接金属箔层3082与石墨烯发热涂层302。通过设置金属箔层3082起到反射热量、红外线的功能，防止热量从石墨烯发热涂层302下方扩散出去，集中石墨烯发热涂层302产生的热量并从上方扩散到需要热的环境中，避免造成热量的大量浪费。本实用新型实施例中，金属箔层3082优选为铝箔层或者银箔层，铝箔层或者银箔层均具有良好的柔韧性和延展性，保证石墨烯发热膜具有一定的柔性，方便卷收。本实用新型实施例中，第一绝缘层3081及第二绝缘层3083均优选为聚酰亚胺薄膜层，聚酰亚胺薄膜层具有良好的绝缘性能和柔性，既能保证石墨烯发热膜具有一定的柔性，方便卷收，还能辅助载体301、金属箔层3082及石墨烯发热涂层302之间的粘连。

作为优选的实施方式，石墨烯发热涂层302与高分子绝缘膜303之间还设置有蓄热缓释层309，蓄热缓释层309具有蓄积热量并缓慢释放的功能，起到维持石墨烯发热涂层302恒定产热的功效。

作为优选的实施方式，载体301为改性pet薄膜，高分子绝缘膜303为pet薄膜，pet薄膜能够耐较高温度和耐磨损，同时，pet薄膜还具有较优的柔韧性和弹性，方便卷收。在本实施例中，高分子绝缘膜303的表面涂覆气相氧化铝。覆合气相氧化铝使高分子绝缘膜303具有强的抗剥离力，耐高压击穿，同时也延长产品的使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。