一种基于石墨烯技术的电发热带的制作方法

本发明属于发热材料技术领域，具体涉及一种基于石墨烯技术的电发热带。

背景技术：

2010年，英国曼彻斯特大学的两位教授AndreGeiM和KonstantinNovoselov因为首次成功分离出稳定的石墨烯获得诺贝尔物理学奖，掀起了全世界对石墨烯研究的热潮。石墨烯有优异的电学性能(室温下电子迁移率可达2×105cM2/Vs)，突出的导热性能(5000W/(MK)，超常的比表面积(2630M2/g)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)。石墨烯优异的导电导热性能完全超过金属，同时石墨烯具有耐高温耐腐蚀的优点，而其良好的机械性能和较低的密度更让其具备了在电热材料领域取代金属的潜力。石墨烯作为一种新型材料，因其超强的导电性、导热性、透光率、柔软性等特性，被广泛应用于生活、工农业、医疗等各种领域。

石墨烯是目前自然界最薄(一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子，厚度仅有0.34nm)，机械强度最高的材料(杨氏模量高达1TPa)，也是最强韧的材料(断裂强度比最好的钢材还要高200倍)，同时它又有很好的弹性(拉伸幅度能达到自身尺寸的20％)，良好的导电(电阻率仅10-6Ω.cm)、导热性(导热系数高达5300W/m.K)、高的饱和电流密度(可承受1-2亿A/cm2的电流度)及大的比表面积(理论高达2630m2/g)；石墨烯移动发热膜片通过电能转化为热能，其电热能转化率达到83％，热能产生的附图4远红外波长8-15um辐射到人体表皮2-3mm处利用碳原子(人体自身80％都含碳)摩擦碰撞所产生的热能在3秒内迅速升温，只需10秒即可升温至35度，发热均匀、升温快、散热快、稳定性好、节能环保；同时产生的远红外波长可直接穿透皮肤及皮下组织，作用于血管、神经末梢及淋巴管引起分子共振，产生热温效应，让人体热感迅速上升，加速血液循环，缓解疲劳、酸痛、温肾散寒、放松肌肉、消除亚健康等。石墨烯又可物理杀死绿脓杆菌、大肠杆菌等10多种细菌，让细菌不会产生耐药性，故石墨烯是制造保健产品首选的高科技新材料之一。

温泉是从地下自然涌出的自然水，泉口温度显著地高于当地年平均气温而又低于（等于）45度的地下水天然泉水，并含有对人体健康有益的微量元素的矿物质泉水。现如今，各大城市均有不止一个温泉，大多数温水都是经过人工加热，所以如何给温水保温是一个难题。但是，目前在温泉上使用石墨烯技术及其特性进行加热控温还未见报道。

石墨烯在保健产品上的应用有很多，“一种基于石墨烯技术的远红外保健鞋垫”（申请号：CN201520989121.3），石墨烯远红外发热理疗，利用远红外的渗透和共振原理作用于细胞，达到活化细胞，实现止痛、消肿和改善局部血循环的作用，由于石墨烯远红外加热贴片在足底，对人体加热保暖，对人体健康起到很好的保健作用。“一种含石墨烯的女性暖宫保健内裤制作方法”（申请号：CN201610293615.7），应用石墨烯移动加热胶片加热快、散热快，稳定性好的优越性能和远红外波长可直接穿透皮肤及皮下组织，作用于血管、神经末梢及淋巴管引起分子共振，产生热温效应，让人体热感迅速上升，加速血液循环，缓解疲劳、酸痛、温肾散寒、放松肌肉、消除亚健康。但是，这种含石墨烯的女性暖宫保健内裤不能自控控温，而且这样制作出来的石墨烯保健产品只有单一的用途，有些还不方便清洗。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为解决上述现有技术的存在问题，本发明提供一种基于石墨烯技术的电发热带。本发明的石墨烯发热膜表面设有绝缘保护层，使用安全，采用石墨烯材料作为加热元件和导热层，导热性能高且其导热均匀，热能损耗较低，电热转换率高，减少能耗，控温快速且稳定，因石墨烯具有很多的特性，可以将本发明的电发热带应用于温泉、保健产品、工业、农业、畜牧业、加热电器等领域上。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于石墨烯技术的电发热带，包括石墨烯发热膜组件和耐高温防水保护层，所述石墨烯发热膜组件包括石墨烯电发热片和粘贴在所述石墨烯电发热片上下两侧的石墨烯导热层，所述石墨烯电发热片包括石墨烯发热膜层和粘贴在所述石墨烯发热膜层上下两侧的绝缘保护层；

所述石墨烯发热膜层的表面粘连所述绝缘保护层，所述绝缘保护层的外侧粘连所述石墨烯导热层，所述石墨烯发热膜层、绝缘保护层和石墨烯导热层通过耐高温防水胶黏剂依次粘贴为一体；

所述石墨烯电发热片、石墨烯导热层和最外层的耐高温防水保护层组成电发热带。

其中优选的技术方案为，所述石墨烯电发热片设置有至少一层石墨烯发热膜层。

进一步优选的技术方案为，所述石墨烯发热膜层单层厚度为0.335nm。

进一步优选的技术方案为，所述石墨烯导热层远离石墨烯电发热片的表面粘连所述耐高温防水保护层，该耐高温防水保护层内侧与石墨烯导热层外侧连接，该石墨烯导热层内侧与石墨烯电发热片外侧连接。

进一步优选的技术方案为，所述石墨烯电发热片、石墨烯导热层和最外层的耐高温防水保护层通过耐高温防水胶黏剂依次粘贴为一体。

进一步优选的技术方案为，所述石墨烯发热膜层设置有输入端与智能控制系统第一输出端连接，所述智能控制系统的电源端与电源输出端连接。

进一步优选的技术方案为，所述电发热带上安装有温度传感器，该温度传感器位于石墨烯发热膜层上，所述温度传感器输入端与智能控制系统第二输出端连接。

进一步优选的技术方案为，所述智能控制系统包括A/D转换器、第一信号处理器、无线信号发送模块、无线信号接收模块、第二信号处理器、控制器、电源输出电路开关K1，所述A/D转换器输入端与温度传感器输出端连接，该A/D转换器输出端与第一信号处理器输入端连接；所述第一信号处理器第一输出端与无线信号发送模块输入端连接，该第一信号处理器第二输出端与控制器的第二输入端连接；所述无线信号发送模块将信号发送至移动终端，所述无线信号接收模块输出端与第二信号处理器输出端连接，所述第二信号处理器输出端与控制器第一输入端连接，所述控制器输出端与电源输出电路开关K1连接，所述电源输出电路开关K1串联在电发热带电源输出电路上。

进一步优选的技术方案为，所述移动终端为手机或手提电脑。

本发明的一种基于石墨烯技术的电发热带可以在温泉、保健产品、工业、农业、畜牧业、加热电器等领域上应用。为了更好的节省能源，不同的应用领域可以采用3.7V、37V、220V等不同的电压，3.7V电压能够加热至30-100℃，37V电压能够加热至30-200℃，220V电压能够加热至30-400℃。

采用本身具有柔性、透明、结构稳定的石墨烯进行加热，发热不仅为面发热，使得电发热带上每个点的温度都非常均匀；同时石墨烯的低电阻率可耐受极高的饱和电流，低电压变生高热量37V电源即可加温至100℃以上，轻松实现低品味能源到高品位应用的转化；而且利用石墨烯加热会产生高饱和电流，高导热系数，单位面积功率高，发热快，传热快；同时石墨烯膜是百分之百的碳，产生的远红外辐射有良好减肥瘦身的作用。石墨烯作为加热源具有很多优点：比如低电压(3.7v)就可产生较高的温度(30-100℃)、面发热且温度均匀、柔性可弯曲、重量轻、发热快、散热快、电热转换效率高(大于99％)、单位面积功率大、没有对人体有害的辐射等市场需求。

本发明中，所述石墨烯电发热片主要由石墨烯材料制成；所述石墨烯导热层由具有导热、耐高温、防水的材料制成；所述耐高温防水保护层由具有耐高温、防水的材料制成；所述导线采用石墨烯导电材料制成。

本发明中，所述电发热带的温度可以直接在智能控制系统端控制温度，也可以利用手机或者手提电脑上的APP将智能控制系统内的无线传输模块和无线信号收发模块间接，通过手机或者手提电脑上的APP控制温度；通过手机或者手提电脑上的APP控制温度的工作原理：温度传感器采集电发热带温度数据后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号并传输至第一信号处理器，所述第一信号处理器将数字信号处理后一路通过无线发送模块将信号传输至移动终端，另一路将信号反馈至控制器。使用人员在手机或电脑上的APP等移动终端查看电发热带温度后并设置所需的温度，同时将所设置的温度信息通过无线信号接收模块传输至第二信号处理器，所述第二信号处理器将信号处理后将信号传输至控制器，所述控制器将电发热带温度与设置温度进行比较，并根据比较结果来控制电源输出电路开关K1的闭合或断开。

本发明中，所述电发热带的功率在0.1kw以上，所述电发热带的长度和宽度可以根据实际情况需求而定。

综上所述，本发明采用了上述方案，具有以下有益效果：

（1）本发明的石墨烯发热膜表面设有绝缘保护层，使用安全，采用石墨烯电发热片作为加热元件，导热性能高且其导热均匀，电热转换率高，减少能耗，使用寿命长，加热速度快，控温快速且稳定。

（2）采用石墨烯材料作为导热层，导热效率高，热传导速度快，热能损耗较低，因石墨烯具有很多的特性，可以将本发明的电发热带应用于温泉、保健产品、工业、农业、畜牧业、加热电器等领域上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明电发热带的结构示意图；

图2是本发明电发热带的工作示意图；

图3是本发明石墨烯发热膜组件的结构示意图；

图4是APP装置的工作电路图。

附图中，1-石墨烯电发热片，2-石墨烯导热层，3-耐高温防水保护层，101-石墨烯发热膜层，102-绝缘保护层，501-电发热带，502-智能控制系统，503-电源，504温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1、图2、图3、图4分别为本发明电发热带的结构示意图、电发热带的工作示意图、石墨烯发热膜组件的结构示意图和APP装置的工作电路图，一种基于石墨烯技术的电发热带，包括石墨烯发热膜组件和耐高温防水保护层3，所述石墨烯发热膜组件包括石墨烯电发热片1和粘贴在所述石墨烯电发热片1上下两侧的石墨烯导热层2，所述石墨烯电发热片1包括石墨烯发热膜层101和粘贴在所述石墨烯发热膜层101上下两侧的绝缘保护层102；所述石墨烯发热膜层101的表面粘连所述绝缘保护层102，所述绝缘保护层102的外侧粘连所述石墨烯导热层2，所述石墨烯发热膜层101、绝缘保护层102和石墨烯导热层2通过耐高温防水胶黏剂依次粘贴为一体；所述石墨烯电发热片1、石墨烯导热层2和最外层的耐高温防水保护层3组成电发热带501。

所述石墨烯电发热片1设置有至少一层石墨烯发热膜层101；所述石墨烯发热膜层101单层厚度为0.335nm。

所述石墨烯导热层2远离石墨烯电发热片1的表面粘连所述耐高温防水保护层3，该耐高温防水保护层3内侧与石墨烯导热层2外侧连接，该石墨烯导热层2内侧与石墨烯电发热片1外侧连接；所述石墨烯电发热片1、石墨烯导热层2和最外层的耐高温防水保护层3通过耐高温防水胶黏剂依次粘贴为一体。

所述石墨烯发热膜层101设置有输入端与智能控制系统502第一输出端连接，所述智能控制系统502的电源端与电源503输出端连接；所述电发热带501上安装有温度传感器504，该温度传感器504位于石墨烯发热膜层101上，所述温度传感器504输入端与智能控制系统502第二输出端连接。

所述智能控制系统502包括A/D转换器、第一信号处理器、无线信号发送模块、无线信号接收模块、第二信号处理器、控制器、电源输出电路开关K1，所述A/D转换器输入端与温度传感器504输出端连接，该A/D转换器输出端与第一信号处理器输入端连接；所述第一信号处理器第一输出端与无线信号发送模块输入端连接，该第一信号处理器第二输出端与控制器的第二输入端连接；所述无线信号发送模块将信号发送至移动终端，所述无线信号接收模块输出端与第二信号处理器输出端连接，所述第二信号处理器输出端与控制器第一输入端连接，所述控制器输出端与电源输出电路开关K1连接，所述电源输出电路开关K1串联在电发热带501电源输出电路上；所述移动终端为手机或手提电脑。

本发明中，所述电发热带的温度可以直接在智能控制系统端控制温度，也可以利用手机或者手提电脑上的APP将智能控制系统内的无线传输模块和无线信号收发模块间接，通过手机或者手提电脑上的APP控制温度；通过手机或者手提电脑上的APP控制温度的工作原理：温度传感器采集电发热带温度数据后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号并传输至第一信号处理器，所述第一信号处理器将数字信号处理后一路通过无线发送模块将信号传输至移动终端，另一路将信号反馈至控制器。使用人员在手机或电脑上的APP等移动终端查看电发热带温度后并设置所需的温度，同时将所设置的温度信息通过无线信号接收模块传输至第二信号处理器，所述第二信号处理器将信号处理后将信号传输至控制器，所述控制器将电发热带温度与设置温度进行比较，并根据比较结果来控制电源输出电路开关K1的闭合或断开。

本发明电发热带在温泉、保健产品、工业、农业、畜牧业、加热电器等领域上的应用。在温泉上，可以将该电发热带安装于温泉池水周围或者底部，通过智能控制系统来对池水进行控温。利用本发明的电发热带制作保暖床单、被套、床垫等保健产品，其发热均匀、升温快、散热快、稳定性好、节能环保；同时产生的远红外波长可直接穿透皮肤及皮下组织，作用于血管、神经末梢及淋巴管引起分子共振，产生热温效应，让人体热感迅速上升，加速血液循环，缓解疲劳、酸痛、温肾散寒、放松肌肉、消除亚健康等保健作用。

在农业上，有一些农产品需要烘干处理来延长保质期，利用本发明的电发热带作为烘干设备的电热片，取代了往常烘干设备的金属丝，具有节省能源、温度控制精准、烘干效率高的优点。另外在低温的环境条件下，育苗、育种崔芽、大棚生产、水产品时需要增温保温，可以应用本发明的电发热带。

在畜牧业上，冬天或者气温较低的时候，需要给鸡、鸭、猪等动物保暖，特别是刚刚出生的动物，目前人们利用灯光或者一些普通的取暖器，这些供暖设备大多是利用金属丝发热给动物供暖，电能损耗较大，将本发明的电发热带在安装在养殖场周围，该电发热带发热均匀、升温快、散热快、温度控制精准、稳定性好、节能环保。

利用本发明的电发热带制造加热电器的发热体，使得加热电器加热速度更快，达到的温度更高，节省能源，而且本发明的电发热带可以在不同电压下工作，对于突然的电路故障可以达到保护电器的作用；或者使用本发明的电发热带制作烤箱加热系统，取代柴火或煤气加热方式，不需要火炉，且操作方便，节约能源，秉承了“生态、环保、高效、节能”的理念，突出“节能环保、烘烤高效、控制精准、操作简单”特点，另外本发明的电发热带还可以作为洗碗机、餐具消毒机、烘干机等的发热体。

综上所述，本发明电发热带的石墨烯发热膜表面设有绝缘保护层，使用安全，采用石墨烯电发热片作为加热元件，导热性能高且其导热均匀，电热转换率高，减少能耗，使用寿命长，加热速度快，控温快速且稳定；采用石墨烯材料作为导热层，导热效率高，热传导速度快，热能损耗较低，因石墨烯具有很多的特性，可以将本发明的电发热带应用于温泉、保健产品、工业、农业、畜牧业、加热电器等领域上。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同腰间的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。