一种超级可拉伸的石墨烯电热膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种超级可拉伸的石墨締电热膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨締材料引起全世界科学家们广泛的研究，2004年英国曼彻斯特大学安德烈. 吉姆和康斯坦下.诺沃肖洛夫教授因为在二维石墨締材料上的开创性实验获得2010年的诺 贝尔物理学奖。石墨締表现出丰富的化学性质，可W通过不同的化学反应来进行表面修饰， 得到一系列化学衍生物。石墨締具有高断裂强度和杨氏模量，电学性能优异。石墨締材料也 是优异的导热和电热材料。传统电热材料如儀铭合金，存在成本高，密度大，质量重和加工 工艺复杂等缺点，使用过程中不能拉伸，而石墨締纤维柔初性好，加热速率快，热响应溫度 高，可W用于各种形状的底物，并且超级可拉伸，可W适应人体活动如肌肉拉伸等，有希望 替代传统电热材料广泛应用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超级可拉伸的石墨締电热膜及其 制备方法。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种超级可拉伸的石墨締电热膜，所 述电热膜由石墨締电热纤维编织而成，所述石墨締电热纤维具有由石墨締纳米片组成的双 阿基米德螺旋结构，片层间距为0.3~0.3511111，纤维的碳氧比为52.66~98，导电率为0.8- 2.36 X l〇6s/m，断裂伸长率为30 % -220 %。
[0005] -种超级可拉伸的石墨締电热膜的制备方法，它的步骤如下：
[0006] (1)制备厚度为0.8~50WI1的氧化石墨締膜；
[0007] (2)^0.1-1°(：/111111的速率升溫到500-800°(：，保溫0.5-2}1，再^1-3°(：/111111的速率 升溫到1000-1300°C，保溫0.5-化，然后W5-8°C/min的速率升溫到2000-3000 °C，保溫0.5- 4h；
[000引（3)将步骤3热处理后的石墨締膜裁剪成石墨締条，将石墨締条一端固定，另一端 与转速为250-300转/min的转子相连，沿径向卷绕1~5min后，得到快速响应的石墨締纤维； [0009 ] (4)将步骤3得到的超快电热响应的石墨締纤维编织成电热膜。
[0010] 进一步地，所述步骤（1)中的氧化石墨締膜将氧化石墨締的水溶液通过真空抽滤 法，旋涂法，喷涂法等方法中的一种制备得到。
[0011] 进一步地，所述氧化石墨締通过天然石墨化学氧化剥离法获得。
[0012] 本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：
[001引1.石墨締的原料广泛易得，成本低廉。
[0014] 2.制备工艺简单，尺寸可控。
[0015] 3.石墨締电热膜具有超高的加热速率和降溫速率，超高的溫度响应，且工作电压 较低，可W用于人体，作为人体发热布使用，且由于可拉升性能（单根的断裂伸长率达到 150%)，在使用过程中能适应人体活动，如肌肉拉伸等，因此可W作为智能电热材料广泛应 用。
【附图说明】
[0016] 图1为沿径向卷绕的示意图。
[0017] 图2为石墨締电热膜产生快速电热响应灰度图；
[0018] 图3为4. IV未经拉伸①与拉伸不同程度的纤维的红外成像灰度图。
[0019] 图4为纤维的截面图，右下方嵌入的为双阿基米德螺旋结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图4所示，本发明一种超级可拉伸的石墨締电热膜，所述电热膜由石墨締电热纤 维编织而成，所述石墨締电热纤维具有由石墨締纳米片组成的双阿基米德螺旋结构（结构 可参考文南犬Biscrollin邑 Nanotube Sheets 曰ndFunction曰 1 Guests into Υ曰rns)，片层间 距为0.3~0.34nm，纤维的碳氧比为52.66~98，导电率为0.8-2.36 X 106S/m，断裂伸长率为 30%-220%。图2为本发明制备得到的石墨締电热膜红外成像图，从图中可W看出，电热膜 溫度分布均匀，并且电热速度快，图3为电热膜中的纤维抽出后，在4. IV下进行拉伸后的红 外成像图，从图中可W看出，拉伸后的石墨締纤维仍然具有优异的电热性能，溫度分布均 匀。
[0021] 本发明一种超级可拉伸的高导电的石墨締纤维及其制备方法，步骤如下：
[0022] (1)通过天然石墨化学氧化剥离法获得氧化石墨締，配置成氧化石墨締水溶液，审U 备厚度为0.5~50WI1的氧化石墨締膜；
[0023] (2)^0.1-1°(：/111111的速率升溫到500-800°(：，保溫0.5-2}1，再^1-3°(：/111111的速率 升溫到1000-1300°C，保溫0.5-化，然后W5-8°C/min的速率升溫到2000-3000 °C，保溫0.5- 4h；
[0024] (3)将步骤3热处理后的石墨締膜裁剪成石墨締条，将石墨締条一端固定，另一端 与转速为250-300转/min的转子相连(一端固定，另一端在转子带动下不断转动，类似于磋 麻绳，如图1所示），沿径向卷绕1~5min后，得到快速响应的石墨締纤维(安全电压0.5V-5V 下实现对高溫30°C-42(rC的快速响应）。
[0025] (4)将步骤3得到的超快电热响应的石墨締纤维编织成电热膜。
[0026] 与传统的加热元件儀铭合金等相比，石墨締纤维可W在较短时间内实现对高溫的 快速响应，原因是石墨締的热容很小，而且热质量也很小，产生的热不能大量聚集而产生热 消散，通过高溫处理后，大量的含氧官能团被除去，共辆结构得到恢复，导电性能得到很大 的提高。进一步通过卷绕，使得石墨締纤维的内部空隙逐渐被挤出，石墨締纤维具有紧密的 卷绕结构，因此电阻变小，从而使得石墨締纤维具有更好的电热效应。在相同的电压下，升 溫速率和饱和溫度都有显著提高。
[0027] 另一方面，卷绕也使得条状的石墨締膜构成螺旋结构，导致石墨締纤维具有超级 可拉伸性。在拉伸过程中，石墨締膜在高溫处理后机械压制的过程中产生的多层權皱逐渐 被伸开，当拉力继续增大，层层卷绕的石墨締纤维结构逐渐被拉开。当卷膜过程中引入的结 构缺陷在应力集中作用下发生断裂，层层卷绕的石墨締纤维开始逐步断裂，在拉力作用下， 不同层的石墨締膜被逐步拖出，石墨締膜中的片状石墨締也被逐层拖出，所w运种层层卷 绕结构的石墨締纤维具有超级可拉伸的性质。因此，由上述石墨締纤维编织得到的石墨締 电