[发明专利]一种定向碳基电热复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种定向碳基电热复合膜及其制备方法和应用。所述制备方法包括：制备碳纳米管与石墨烯的混合分散液，静置分层取上层清液，并通过真空抽滤制备碳基材料层，将碳基材料层放入交流电场中进行定向，定向完成后将带有滤膜的碳基材料层进行干燥，得到滤膜碳基材料复合层；将PDMS单体与固化剂混合后，旋涂在基板上；将滤膜碳基材料复合层放置在已旋涂好的带有PDMS的基板上并进行干燥，将滤膜去除，得到包括碳基材料层和PDMS层的定向碳基电热复合膜。本发明利用碳纳米管的导热导电各向异性，对碳纳米管进行合适的取向，并将碳纳米管与石墨烯相结合提升电热材料的导热导电性能，使得电热材料能在安全电压范围内快速升温。

技术领域

本发明涉及电加热材料技术领域，具体而言，涉及一种定向碳基电热复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前，伴热技术主要以电伴热为主，电伴热系统的核心部件为电伴热带。电伴热带的工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充伴热管道的损失，以达到升温、保温或防冻的工作要求。目前使用的电伴热带是只要是由导电聚合物和两根平行金属导线及绝缘护层构成。但由于安全电压及加热功率的限制，伴热温度受限，且随着远距离运输的增加，要想达到所需温度，考虑运输中的热量耗散，需增加电伴热带的面积及体积，由此造成管道过于庞大冗长，适用性范围减小。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有的电热材料无法在安全电压下快速升温伴热。

为解决上述问题，本发明提供一种定向碳基电热复合膜的制备方法，包括：

制备石墨烯和碳纳米管的混合分散液，

将所述混合分散液静置分层，取上层清液，得到碳材料分散液，

将所述碳材料分散液真空抽滤至滤膜上，在所述滤膜上得到碳基材料层，

将带有所述滤膜的所述碳基材料层置于交流电场中进行定向取向，

定向完成后，将带有所述滤膜的所述碳基材料层干燥，得到滤膜碳基材料复合层；

将PDMS单体与固化剂按比例混合，得到PDMS混合物，

将所述PDMS混合物旋涂在基底上，得到PDMS层；

将所述滤膜碳基材料复合层置于带有所述PDMS层的基底上，并进行干燥处理，

去除所述滤膜，在所述基底上制得定向碳基电热复合膜。

较佳地，所述将带有所述滤膜的所述碳基材料层置于交流电场中进行定向取向包括：

将带有所述滤膜的所述碳基材料层水平放置于左右两个电极板之间，左右两个电极板与交流电源连接，通电使得所述碳基材料层中的所述碳纳米管沿电场方向水平排列；

或者，将带有所述滤膜的所述碳基材料层放置于上下两个电极板之间，上下两个电极板与交流电源连接，通电使得所述碳基材料层中的所述碳纳米管沿电场方向垂直排列。

较佳地，所述交流电场的参数包括：交流电场的频率为400Hz，电压为600V。

较佳地，所述定向取向的时间为3-5min。

较佳地，所述滤膜为有机尼龙滤膜。

较佳地，所述混合分散液中，所述碳纳米管和所述石墨烯的质量比为2:1。

较佳地，所述PDMS单体与所述固化剂的混合比例为质量比10:1。

较佳地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，纯度大于98wt％，外径为5-15nm，内径为2-5nm，长度为10-30μm，层数小于10，比表面积为220-300m²/g，电导率大于100s/cm；