一种基于石墨烯的高效压敏电热材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于石墨締的高效压敏电热材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨締是一种性能优异的二维材料，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石墨締二维材料创造性的发现被授予了 2010年诺贝尔物理 奖，从此开创了石墨締材料的世界性研究热潮。石墨締是目前最理想的二维纳米材料，具有 超高的比表面积和优异的导电W及导热性能。石墨締宏观膜材料常常用于宏观电热材料， 用于透明柔性电热膜除冰除雾等。石墨締材料与商业电热材料相比，具有轻质、制备工艺简 单、柔初等优点。常常用于电子屏幕除雾，飞机机翼快速除冰等。目前石墨締 Ξ维材料用于 电热领域的研究尚且很少。由于多孔石墨締材料更加轻质，并且具有Ξ维结构，可W吸附W 及脱吸附，并且在压力作用下有不同的电阻变化，是一种用于压敏型电热材料的优良选择。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种基于石墨締的高效压敏电热材料的 制备方法。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种基于石墨締的高效压敏电热材料 的制备方法，该方法为:将石墨締气凝胶置于惰性气氛中进行高溫热处理，自然降溫后即可 获得基于石墨締的高效压敏电热材料，所述高溫热处理的方式为：
[0005] (1)将石墨締气凝胶W〇.l-rC/min的速率升溫到500-800°C，保溫0.5-化；
[0006] (2) W1 - 3 °C /min的速率升溫到 1000 -1300 °C，保溫0.5 -化；
[0007] (3) W 5 - 8 °C /min的速率升溫到2000 - 3000 °C，保溫0.5 -地。
[000引进一步地，所述石墨締气凝胶的密度为0.16~15mg/cm3,孔径为50~200]im。
[0009] 进一步地，所述石墨締气凝胶中的石墨締片平均尺寸大于50微米。
[0010] 本发明的有益效果在于，本发明制备得到的石墨締基高效压敏电热材料，其密度 为0.16-15mg/cm3,孔桐尺寸在10-200皿之间，在不同应变下产生快速电热响应，随着应力 越大，电热响应饱和溫度越高，在5V恒压下，10%的应变下，材料表面电热响应最高溫度为 60°C，20%的应变下，材料表面电热响应最高溫度为130°C，30%的应变下，材料表面电热响 应最高溫度为200°C，40%的应变下，材料表面电热响应最高溫度为270°C，在50%的应变 下，材料表面电热响应最高溫度为350°C ,60%的应变下，材料表面电热响应最高溫度为420 °C。发明制备工艺简单，制备的石墨締基压敏电热材料性能优异，电热响应快，适用于大规 模生产，可W用于吸收剂的再生，催化骨架等。
【具体实施方式】：
[0011] W下结合实例进一步说明本
【发明内容】
。
[0012] 实施例1:将密度为5mg/cm3,孔径为150WI1的石墨締气凝胶置于惰性气氛中按照表 1~表3所示的方式进行高溫热处理，自然降溫后即可获得基于石墨締的高效压敏电热材 料，其电热效应见表1~表3。
[0013] 表1
[0014]
[0017]表3
[001 引
[0019] 从表1到表3可w看出，本材料的性能主要有两方面决定，其一材料内部氧化石墨 締片结构修复情况，即官能团的脱落W及高溫下碳共辆结构的修复。其二，材料内部Ξ维取 向结构的连续性，即内部片层结构的连接性。二者共同作用W增加石墨締膜气凝胶的性能。
[0020] 表1中，通过比较A1/B1/C1/D1/E1，A1的溫度过低，不足W除去大部分易降解的官 能团，导致第二步高溫过程中气体大量快速产生，在高溫下撕裂片层结构;E1溫度过高，产 生气体过快，会大量撕裂材料内部结构，两者都会使得材料性能变差。唯有在B1、C1、D1溫度 下，官能团会缓慢并彻底清除，W保障材料性能。通过比较C1/F1/G1/H1，F1升溫速率过低， 气体释放过于缓慢，不能使得材料内部形成通孔;H1升溫过程过快，气体释放过快，撕裂材 料内部结构，不利于形成传输通道。通过比较C1/I1/J1/K1/L1/M1，I1保溫时间过短，不能保 证大部分官能团的降解;Ml保溫过程过长，会吸收炉子里面的焦油，不利于性能的提升。J1、 K1、L1、M1由于保溫时间合理，性能很高。
[0021] 表2中，通过比较A2/B2/C2/D2/E2，A2升溫速率过低，严重影响可压缩性能和电热 性能。E2升溫速度过高，会撕裂石墨締层间结构，使得石墨締气凝胶性能变差。唯有B2、C2、 D2的升溫速度下，才会有才能既保证气凝胶结构又保证石墨締的导电性。通过比较C2/F2/ G2/H2，F2溫度过低，使得稳定的官能团不能充分脱离，在后续石墨化的过程中容易过渡释 放气体，破坏气凝胶的内部结构;通过比较C2/I2/J2/K2/L2/M2,12保溫时间过短，稳定的官 能团不能充分脱落;M2时间过长，石墨締气凝胶容易吸附焦油，不利于石墨締气凝胶性能的 提升;而〔2^2、1(2、12条件下既可^保证稳定官能团的充分脱落，又能避免焦油的困扰。
[0022] 表3中，通过比较A3/B3/C3/D3/E3，A3升溫速率过低，最稳定官能团脱落的过慢，不 利于石墨締气凝胶导电网络的形成;E3升溫过程过快，气体释放W及高溫膨胀过快，容易破 坏石墨締气凝胶的结构。只有B3、C3、D3的情况下，导电网络的石墨締气凝胶才能稳定的形 成，石墨締上的结构才能缓慢的修复。通过比较C3/F3/G3/H3/I3，F3终点溫度过低，石墨締 结构修复不够完善，所W各种性能都很差；13终点溫度过高，石墨締会被汽化掉;C3、G3、H3 的溫度下才能既保证石墨締结构的修复，又不会被汽化掉。通过比较C3/J3/K3/L3/M3，J3保 溫时间过低，石墨締结构不能充分修复，M3保溫时间过长，也会使得吸附炉体里的焦油，影 响石墨締气凝胶的性能。
【主权项】
1. 一种基于石墨烯的高效压敏电热材料的制备方法，其特征在于，该方法为:将石墨烯 气凝胶置于惰性气氛中进行高温热处理，自然降温后即可获得基于石墨烯的高效压敏电热 材料，所述高温热处理的方式为： (1) 将石墨烯气凝胶以0.1 -l°c/min的速率升温到500-800°C，保温0.5-2h; (2) 以 1 - 3 °C/min的速率升温到 1000 -1300 °C，保温0 · 5 - 3h; (3) 以5 - 8 °C/min的速率升温到2000 - 3000 °C，保温0 · 5 - 4h。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶的密度为0.16~15mg/ cm3,孔径为 50 ~200μηι〇3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯气凝胶中的石墨烯片平均尺寸 大于50微米。
【专利摘要】本发明公开了一种基于石墨烯的高效压敏电热材料的制备方法。该方法为将石墨烯气凝胶以0.1?1℃/min的速率升温到500?800℃，保温0.5?2h，再以1?3℃/min的速率升温到1000?1300℃，保温0.5?3h，然后以5?8℃/min的速率升温到2000?3000℃，保温0.5?4h，最终得到一种基于石墨烯的高效压敏电热材料，其密度为0.16?15mg/cm3，孔洞尺寸在50?200μm之间，在不同应变下产生快速电热响应，随着应力越大，电热响应饱和温度越高，最高温度变化范围为60℃?420℃。本发明工艺简单，耗能低，可以大规模生产，获得的石墨烯压敏电热材料性能优异。
【IPC分类】C01B31/04, H05B3/14
【公开号】CN105712344
【申请号】CN201610048381
【发明人】高超, 王冉, 孙海燕, 杨清
【申请人】浙江碳谷上希材料科技有限公司