本發(fā)明屬于發(fā)熱薄膜，具體涉及一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法以及對應(yīng)薄膜材料、可穿戴設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、石墨烯是一種由碳原子通過sp2雜化軌道形成六角形呈蜂巢晶格結(jié)構(gòu)且只有一層碳原子厚度的二維納米材料。石墨烯的獨特結(jié)構(gòu)賦予其眾多優(yōu)異特性，如高理論比表面積(2630m2/g)、超高電子遷移率(～200000cm2/v.s)、高熱導(dǎo)率(5000w/m.k)、高楊氏模量(1.0tpa)和高透光率(97.7％左右)等。憑其結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢，石墨烯在能源存儲與轉(zhuǎn)換器件、納米電子器件、多功能傳感器、柔性可穿戴電子、電磁屏蔽、防腐等領(lǐng)域均有巨大應(yīng)用前景。鑒于石墨烯的柔性和導(dǎo)電特性，將石墨烯漿體加入到油墨中制備出一種導(dǎo)電油墨，進(jìn)一步通過油墨噴涂、干燥制備成柔性石墨烯發(fā)熱層，制成石墨烯發(fā)熱體，具有生產(chǎn)過程快速、用料省、成本低等特點。

2、隨著人們對環(huán)境保護(hù)的追求，改進(jìn)傳統(tǒng)加熱器的制備材料，尋找更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的替代材料，發(fā)展新型的綠色加熱系統(tǒng)刻不容緩。目前石墨烯加熱膜制備過程中常用的基底材料多為不可降解的高分子材料，例如pet，pi，acrylic等，保護(hù)層也多為更薄的同種材料。高分子所組成的基底·和保護(hù)層不僅不符合環(huán)境友好的發(fā)展要求，且在一定程度上限制了加熱膜的柔性、耐彎曲和使用壽命等性能，限制了產(chǎn)品的實際應(yīng)用。因此，如何對石墨烯加熱膜其制備工藝進(jìn)行改良，使其具備環(huán)境友好性，良好柔韌性，長期穩(wěn)定性，對于拓展石墨烯加熱膜的功能和適應(yīng)性非常重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有石墨烯發(fā)熱膜存在的不可降解，柔性和耐彎曲性不足，以及長期使用穩(wěn)定性欠佳的問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法及其產(chǎn)品與應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其包括如下步驟：

4、s1：將殼聚糖粉末與增稠劑、交聯(lián)劑、塑化劑按比例混合并溶解在溶劑中，得到殼聚糖溶液；將殼聚糖溶液均勻涂布在模具中并進(jìn)行固化處理，得到殼聚糖膜。

5、s2：準(zhǔn)備石墨烯油墨，將由再生可降解纖維制備的織物作為基底材料，通過凹版印刷工藝將導(dǎo)電油墨印刷到基底材料上，然后以130℃的溫度恒溫加熱烘干，并回輪冷卻，進(jìn)而在基底材料上形成圖案化的發(fā)熱層。

6、s3：準(zhǔn)備銀漿材料，并通過凹版印刷工藝將銀漿印刷到基底材料上，然后以160℃的溫度恒溫加熱烘干，再回輪冷卻，進(jìn)而在基底材料上形成圖案化的導(dǎo)電層。

7、s4：準(zhǔn)備切割成指定形狀的電極載流條，將電極載流條放置在基底材料上的指定位置，并通過熱壓工藝使得電極載流條與基底材料結(jié)合并固化。電極載流條通過導(dǎo)電層與發(fā)熱層形成電連接。

8、s5：準(zhǔn)備納米纖維和/或纖維復(fù)合材料作為蓄熱緩釋材料，將其均勻堆疊在包含發(fā)熱層、導(dǎo)電層和電極載流條的基底材料表面；然后通過熱壓工藝使得蓄熱緩釋材料與基底材料結(jié)合并固化，形成蓄熱緩釋層。

9、s6：在形成蓄熱緩釋層的基底材料的兩側(cè)或靠近蓄熱緩釋層的一側(cè)放置殼聚糖膜，然后通過熱壓工藝將殼聚糖膜與具有蓄熱緩釋層的基底材料結(jié)合并固化，形成保護(hù)層。

10、得到的具有保護(hù)層的復(fù)合膜材即為環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜，根據(jù)殼聚糖膜的層數(shù)不同，制備出的產(chǎn)品分為單面覆膜和雙面覆膜兩種類型。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟s1中，溶劑采用醋酸或乙醇。

12、且/或

13、殼聚糖溶液通過加熱或化學(xué)交聯(lián)的方式進(jìn)行固化處理。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟s2中，石墨烯油墨的制備方法如下：將石墨烯粉體、納米石墨、導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電樹脂按照指定的比例與分散劑充分混合，得到石墨烯油墨。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟s2中，基底材料采用的再生可降解纖維包括三醋酸纖維、粘膠纖維、天絲纖維或銅氨纖維。

16、其中，粘膠纖維型基底的制備方法如下：

17、將纖維素原料浸泡在堿性溶液，以去除雜質(zhì)和非纖維素成分。

18、將經(jīng)過堿處理的纖維素原料浸泡在粘膠溶液中，形成粘膠纖維。

19、將粘膠纖維浸泡在溶劑中，去除多余的粘膠劑和溶劑，然后在進(jìn)行過濾和洗滌。

20、洗滌后的纖維材料通過紡絲或噴絲等方法形成纖維，然后通過旋轉(zhuǎn)的離心力或氣流進(jìn)行拉伸和定形。

21、最后將定型后的纖維進(jìn)行熱處理或化學(xué)交聯(lián)，固化處理后的再生可降解纖維通過紡織制備出所需的織物。

22、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，纖維素原料采用棉、麻、竹子、稻草、樹皮或其它天然纖維材料。

23、且/或

24、堿性溶液采用氫氧化鈉溶液。

25、且/或

26、浸泡粘膠纖維的溶劑采用酮類或醛類溶劑。

27、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟s2和s3中，石墨烯油墨和銀漿通過卷對卷印刷機(jī)印刷到基底材料上；印刷過程中將石墨烯油墨或銀漿填充到凹版印刷輥中的凹槽內(nèi)，印刷過程中，凹槽內(nèi)的材料與基底材料接觸進(jìn)而被轉(zhuǎn)移到基底材料上。

28、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟s5中，電極載流條采用鍍鎳的銅電極。

29、且/或

30、步驟s1和s6中，用于制備保護(hù)膜的殼聚糖粉末替換為殼聚糖衍生物、殼聚糖類似物以及其他多糖類材料。

31、本發(fā)明還包括一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜，其由如前述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法制備而成，其包括：由再生可降解纖維制備而成的基底層；位于基底層上電極載流條以及圖案化后的石墨烯發(fā)熱層和導(dǎo)電層；覆蓋在電極載流條、發(fā)熱層和導(dǎo)電層上的蓄熱緩釋層；以及僅覆蓋在蓄熱緩釋層上方或同時覆蓋在蓄熱緩釋層上方和基底層下方的殼聚糖保護(hù)層。

32、本發(fā)明還包括一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的應(yīng)用，將如前述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法制備而成單面覆膜型產(chǎn)品作為面料，用于制備自發(fā)熱的服裝或飾品；或?qū)㈦p面覆膜型產(chǎn)品作為自發(fā)熱的可穿戴設(shè)備中的夾層材料。

33、本發(fā)明還包括一種自發(fā)熱可穿戴設(shè)備，其包括如前述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜，以及與環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜中的電極載流條電連接的供電模塊。

34、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，具有如下有益效果：

35、本發(fā)明提供的環(huán)境友好型柔性石墨烯發(fā)熱膜采用的各類原材料價格便宜且容易獲得，可以降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。產(chǎn)品制備工藝中采用卷對卷-凹版印刷工藝、流動烘干、回輪冷卻和熱壓復(fù)合一體化產(chǎn)線，可以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

36、其中，柔性石墨烯發(fā)熱膜選用綠色環(huán)保的再生可降解纖維素作為基底，殼聚糖膜作為保護(hù)層，產(chǎn)品更容易降解，使其具備環(huán)境友好性并具有抗菌特性。

37、本發(fā)明提供的環(huán)境友好型柔性石墨烯發(fā)熱膜對材料進(jìn)行改進(jìn)之后，大大提高了石墨烯加熱膜的柔韌性和耐用性，并且具有類似織物的質(zhì)感，可以廣泛應(yīng)用于各類功能性服裝、飾品和可穿戴設(shè)備中，可以提示用戶體驗。

技術(shù)特征：

1.一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于，其包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于：步驟s1中，所述溶劑采用醋酸或乙醇；

3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于：步驟s2中，所述石墨烯油墨的制備方法如下：將石墨烯粉體、納米石墨、導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電樹脂按照指定的比例與分散劑充分混合，得到石墨烯油墨。

4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于，步驟s2中，基底材料采用的再生可降解纖維包括三醋酸纖維、粘膠纖維、天絲纖維或銅氨纖維；

5.如權(quán)利要求4所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于：所述纖維素原料采用棉、麻、竹子、稻草、樹皮或其它天然纖維材料；

6.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于：步驟s2和s3中，石墨烯油墨和銀漿通過卷對卷印刷機(jī)印刷到基底材料上；印刷過程中將石墨烯油墨或銀漿填充到凹版印刷輥中的凹槽內(nèi)，印刷過程中，凹槽內(nèi)的材料與基底材料接觸進(jìn)而被轉(zhuǎn)移到基底材料上。

7.如權(quán)利要求1所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法，其特征在于：步驟s5中，電極載流條采用鍍鎳的銅電極；

8.一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜，其特征在于：其由如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法制備而成，其包括：由再生可降解纖維制備而成的基底層；位于基底層上電極載流條以及圖案化后的石墨烯發(fā)熱層和導(dǎo)電層；覆蓋在電極載流條、發(fā)熱層和導(dǎo)電層上的蓄熱緩釋層；以及僅覆蓋在蓄熱緩釋層上方或同時覆蓋在蓄熱緩釋層上方和基底層下方的殼聚糖保護(hù)層。

9.一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的應(yīng)用，其特征在于：將如權(quán)利要求1-7中任意一項所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法制備而成單面覆膜型產(chǎn)品作為面料，用于制備自發(fā)熱的服裝或飾品；或?qū)㈦p面覆膜型產(chǎn)品作為自發(fā)熱的可穿戴設(shè)備中的夾層材料。

10.一種自發(fā)熱可穿戴設(shè)備，其特征在于，其包括如權(quán)利要求8所述的環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜，以及與環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜中的電極載流條電連接的供電模塊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于發(fā)熱薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境友好型石墨烯發(fā)熱膜的制備方法以及對應(yīng)薄膜材料、可穿戴設(shè)備。其用于制備包括基底層、石墨烯發(fā)熱層、導(dǎo)電層、電極載流條、蓄熱緩釋層和保護(hù)層的石墨烯發(fā)熱膜，其中，基底材料采用再生可降解纖維素制備而成、保護(hù)層則采用殼聚糖或其它類似物制備而成。石墨烯發(fā)熱層和導(dǎo)電層均通過凹版印刷工藝在基底層上進(jìn)行圖案化，電極載流條、蓄熱緩釋層和保護(hù)層則采用熱壓工藝與其他材料實現(xiàn)復(fù)合。本發(fā)明制備出的石墨烯發(fā)熱膜的可降解性更好，更加綠色環(huán)保；產(chǎn)品柔韌性和耐用性更強，質(zhì)感接近織物，可以提高用戶體驗。該制備工藝原料低廉，適于流水線生產(chǎn)，有助于降低成本，更具有商業(yè)價值。

技術(shù)研發(fā)人員：孫其君,熊瑤,焦海爽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京納米能源與系統(tǒng)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30