[实用新型]一种用于石墨烯薄膜电热材料电热特性的测量装置

说明书

本实用新型涉及一种用于石墨烯薄膜电热材料电热特性的测量装置，属于石墨烯薄电热特性测量技术领域，解决了现有测量装置难以精确测量辐射传热占比的问题。本实用新型的测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压；测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，测试系统包括电热特性测温室，电热特性测温室设有热电偶；数据收集与处理系统用于收集测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。本实用新型实现了石墨烯薄电热特性的精确测量。

技术领域

本实用新型涉及石墨烯电热特性测量技术领域，尤其涉及一种用于石墨烯薄膜电热材料电热特性的测量装置。

背景技术

石墨烯是一种新型碳材料，石墨烯材料具有优异的导电性、导热性，无缺陷单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK。石墨烯是目前已知的最薄的材料，具有优异的机械性能(其理论杨氏模量达1.0TPa，拉伸强度为130GPa)，理论比表面积大(高达2630m²/g)，载流子迁移率快 (200000cm²/(V.s))等优异的理化性质，目前研究领域主要集中于复合材料，电池电极，超级电容器，储能材料，催化剂，薄膜材料等领域。

传统的电热材料分为金属材料和陶瓷材料两大类，金属材料的电热材料价格便宜，易于加工，但同时也存在密度大，硬度高，不耐腐蚀，制备工艺不环保等缺点。陶瓷材料升温速度慢，且拥有很大的脆性。新型电热材料是含有或以各种纳米材料，尤其以各种碳纳米材料为主要成分的电热材料。相比较于金属电阻丝，碳纳米材料具有来源广泛且环保，超轻的重量，相比较于陶瓷材料，碳纳米材料升温迅速，柔韧性良好。而且，以各种碳纳米材料，如碳纳米管，石墨烯等制备的电热材料还具有更低的启动电压，更高的电热转换效率以及辐射传热占比。

在电热转化过程，由于材料自身的特性，部分电能转化成内能存储，其余部分通过热传递的方式向外传递。在热传递过程中，有两种主要的方式：其一，加热时，膜层表面温度升高，并将传递热量到空气中，于是在空气中形成一个由于自身温度的不同而引起的流动，称为自然对流，是传统材料热传递的主要方式。其二，碳材料在电场中还能被激发产生波长在8-14μm的电磁波，即远红外线，通过热辐射的方式传递能量。热辐射和可见光一样属于电磁波，与物体的相互作用也包括吸收、反射和穿透。对固体和液体而言，辐射的吸收和反射发生在物体表面，不涉及到物体的内部。因此物体表面状况对这些辐射特性的影响是至关重要的。而对于气体，辐射的吸收和穿透则在整个气体容积中进行。此外，远红外线具有极强的穿透效果，可以穿过塑料、玻璃、及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性分子的物体吸收。由于电热转化过程及热传递过程的这些特性，尤其是远红外线的穿透及吸收特性，使得材料的电热特性测试难度倍增。此外，目前已有专门的光学检测设备来检测新型电热材料传热过程中产生的远红外电磁波的波长，但此法仅能知道辐射的电磁波的波长范围及相对强度，测量结果准确度低、可靠性差，不能得到远红外辐射在传热过程中的占比，也不能模拟不同的工作环境。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于石墨烯薄膜电热材料电热特性的测量装置，用以解决现有测量装置难以精确测量辐射传热占比的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种测量石墨烯薄膜电热材料电热特性的装置，包括电气控制系统、测试系统和数据收集与处理系统；电气控制系统用于输出恒电流或者恒电压，薄膜层试样均匀设有多组热电偶；测试系统用于获取石墨烯薄膜层试样的电流、电压及温度信息，测试系统包括电热特性测温室，电热特性测温室设有热电偶；数据收集与处理系统用于收集测试系统获取的电流、电压及温度信息并进行处理，得到石墨烯薄膜电热材料的电热特性数据。

进一步地，电热特性测温室的外表面设有隔绝电热特性测温室内外热交换的绝热材料层。