基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料、其制備方法及應(yīng)用。該漿料包括：導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑10～70重量份、溶劑10～60重量份，助劑0.1～10重量份，樹脂連接劑5～60重量份；其中所述導(dǎo)電導(dǎo)熱劑包含石墨烯團(tuán)簇。本發(fā)明采用石墨烯團(tuán)簇單獨(dú)或與其它碳系材料組合的方式作為電熱漿料的導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑，可以大幅降低漿料印刷成膜后的電阻率，提高導(dǎo)熱性能、電熱轉(zhuǎn)化效率和遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度，降低制造成本，同時(shí)還可降低漿料的粘度，提高了漿料的流動(dòng)性與轉(zhuǎn)移的印刷適應(yīng)性，對(duì)節(jié)能降耗，健康理療等方面具有重要意義。
【專利說(shuō)明】基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料、其制備方法及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳系電熱漿料及其制備方法，尤其涉及一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料、其制備方法及應(yīng)用，屬于電熱功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]采暖是我國(guó)大部分地區(qū)冬季的焦點(diǎn)問(wèn)題。采暖的工藝當(dāng)中最關(guān)鍵的一步是對(duì)電熱漿料的研發(fā)。但目前國(guó)內(nèi)的電熱漿料制品普遍存在著使用壽命短、升溫速率低、容易氧化、導(dǎo)熱傳熱性能差、電熱轉(zhuǎn)化效率低、遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度不足等問(wèn)題，所以提高電熱漿料的性能成為當(dāng)今研發(fā)的主要方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，滿足應(yīng)用需求。
[0004]本發(fā)明的另一目的在于提供所述基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0006]一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其包括:導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑10?70重量份、溶劑10?60重量份，助劑0.1?10重量份，樹脂連接劑5?60重量份；其中所述導(dǎo)電導(dǎo)熱劑包含石墨烯團(tuán)簇。
[0007]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑包含石墨烯團(tuán)簇或石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料的組合。
[0008]較為優(yōu)選的，石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料的質(zhì)量比為1:0.1?1: 100，尤其優(yōu)選為1:1 ?1:20。
[0009]進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電碳核材料可優(yōu)選自但不限于石墨、導(dǎo)電槽黑、乙炔黑、爐法炭黑、碳纖維、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。
[0010]進(jìn)一步的，所述石墨稀團(tuán)簇為石墨稀之間或石墨稀與非石墨稀的碳材料之間通過(guò)31-31堆垛形成的三維團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選的，所述石墨稀的徑向尺寸為lOnm-lmm，厚度為0.34nm-lmm，尤其優(yōu)選的，所述石墨稀的徑向尺寸為10nm-1OO μπι，厚度為0.34nm_20nm。
[0012]進(jìn)一步的，所述石墨稀至少選自氧化石墨稀、氧化還原石墨稀、膨脹剝離石墨稀、液相解離石墨烯、N-摻雜石墨烯、三維石墨烯中的任一種。
[0013]進(jìn)一步的，所述非石墨烯的碳材料可優(yōu)選自但不限于碳納米管、石墨、導(dǎo)電槽黑、乙炔黑、爐法炭黑、碳纖維、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。
[0014]進(jìn)一步的，所述溶劑可優(yōu)選自但不限于水、脂肪烴類溶劑、芳香烴類溶劑、醇類溶劑、酮類溶劑、醋類溶劑、醇醚類溶劑、動(dòng)物油類、礦物油中的任一種或兩種以上的組合。
[0015]進(jìn)一步的，所述助劑可優(yōu)選自但不限于分散劑、穩(wěn)定劑、保護(hù)劑、成膜劑、偶聯(lián)劑、增塑劑、消泡劑、增稠劑、潤(rùn)濕劑、流平劑、觸變劑、交聯(lián)劑、殺菌劑、光引發(fā)劑、熱引發(fā)劑、紫外吸收劑中的任一種或兩種以上的組合。
[0016]進(jìn)一步的，所述樹脂連接劑可優(yōu)選自但不限于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯酸酯類低聚物和活性單體、醇酸樹月旨、乙烯基樹脂、合成纖維素、聚酰胺樹脂、氯醋樹脂、聚氨酯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂、熱塑性樹脂、合成橡膠中的任一種或兩種以上的組合。
[0017]前述任一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的制備方法，包括:取石墨烯或石墨烯與非石墨烯的碳材料制成石墨烯團(tuán)簇，再將石墨烯團(tuán)簇或石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料、溶劑、助劑和樹脂連接劑混合，獲得所述碳系電熱漿料。
[0018]前述制備方法中采用的混合方式可以是常規(guī)的物理混合方法，只需將各個(gè)組分混合均勻即可。
[0019]在一較佳實(shí)施方案之中，所述石墨烯團(tuán)簇的制備方法包括:取石墨烯或石墨烯與非石墨烯的碳材料以1:0.01?1:1的質(zhì)量比于水、醇類、酮類或酯類溶劑中混合，并以3000轉(zhuǎn)/分以上的轉(zhuǎn)速攪拌30min以上，之后噴霧干燥、真空加熱干燥獲得石墨烯團(tuán)簇，再以粉碎機(jī)調(diào)節(jié)石墨烯團(tuán)簇的尺寸。
[0020]一種裝置，包含由前述任一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料形成的電熱結(jié)構(gòu)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0022](I)通過(guò)在傳統(tǒng)導(dǎo)電碳材料中引入石墨烯團(tuán)簇，其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性(高達(dá)16S/m)和具有大的比表面積，尤其是其優(yōu)異的熱導(dǎo)能力(5000W/mK)和熱輻射性能(0.98以上)。在漿料中更容易形成導(dǎo)電導(dǎo)熱網(wǎng)狀鏈，可以大幅降低漿料印刷成膜后的電阻率，提高導(dǎo)熱性能、電熱轉(zhuǎn)化效率和遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度，降低制造成本；
[0023](2)高導(dǎo)熱導(dǎo)電石墨烯團(tuán)簇的加入降低了其他碳填料含量，降低了漿料的粘度，提高了漿料的流動(dòng)性與轉(zhuǎn)移的印刷適應(yīng)性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中石墨烯團(tuán)簇的SEM照片。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合若干實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]該基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的配方(重量百分比)如下:
[0028]導(dǎo)電材料:乙炔黑(平均粒徑10納米)40 %
[0029]石墨烯團(tuán)簇(形貌如圖1所示，由石墨烯構(gòu)成，平均尺寸為300 μπι) 2%
[0030]水性連結(jié)料:水性環(huán)氧樹脂(榮中化工C252) 55%
[0031]流平劑:華夏助劑ΗΧ5600 (有機(jī)改性聚二甲基硅氧烷溶液)0.5%
[0032]消泡劑:華夏助劑ΗΧ5041 (礦物油、破泡聚硅氧烷、無(wú)機(jī)疏水化合物混合物)0.5 %
[0033]溶劑:醋醇(Texanol)
[0034]按照前述配方將所有組分混合，經(jīng)充分混合至均勻，得到本實(shí)施例的碳系電熱漿料。該漿料成膜性優(yōu)異，所得膜的電阻率為22 Ω /cm，熱導(dǎo)率為12.1ff/ (mK)，電熱轉(zhuǎn)化效率為98.2%，福射波長(zhǎng)范圍為3.5 μπι?13.6 μπι。
[0035]實(shí)施例2
[0036]該基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的配方(重量百分比)如下:
[0037]導(dǎo)電碳材料:石墨(平均粒徑100微米) 25%
[0038]石墨稀團(tuán)簇(由石墨稀和炭黑1:1構(gòu)成，平均尺寸為300 μm) 5%
[0039]油性連結(jié)料:丙烯酸樹脂 69%;
[0040]流平劑:華夏助劑HX5600 (有機(jī)改性聚二甲基硅氧烷溶液)0.5%
[0041 ] 消泡劑:華夏助劑HX5041 (礦物油、破泡聚硅氧烷、無(wú)機(jī)疏水化合物混合物)0.
[0042]按照配方將所有組分混合，經(jīng)充分混合至均勻得到本實(shí)施例的碳系電熱漿料。漿料成膜性優(yōu)異，所得膜的電阻率為18 Ω/cm，熱導(dǎo)率為10.9W/(mK)，電熱轉(zhuǎn)化效率為98.6%，福射波長(zhǎng)范圍為4.0 μπι?12.0 μπι。
[0043]對(duì)照例1:該對(duì)照例與實(shí)施例1基本相同，但以平均尺寸為200 μ m、厚度為1nm的石墨烯粉體替換石墨烯團(tuán)簇形成了電熱漿料。由該漿料形成膜的電阻率為127D/cm，熱導(dǎo)率為6.7ff/(mK)，電熱轉(zhuǎn)化效率為94.5%，輻射波長(zhǎng)范圍為2.1 μm?15.5 μm。
[0044]本發(fā)明的石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料與現(xiàn)有的金屬類導(dǎo)電漿料相比，具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)，并且還具有導(dǎo)熱性能好，不氧化、電熱轉(zhuǎn)化效率高、遠(yuǎn)紅外輻射強(qiáng)度高(輻射波長(zhǎng)為2.5um-14um)等優(yōu)點(diǎn)，而與傳統(tǒng)碳基導(dǎo)電碳漿產(chǎn)品相比，在導(dǎo)電導(dǎo)熱散熱性能方面又具有顯著的優(yōu)勢(shì)，適于網(wǎng)印、凹印、柔印、膠印和噴墨印刷等方式進(jìn)行加工，可以應(yīng)用于多種電熱設(shè)備，例如可彎曲的電熱采暖設(shè)備，對(duì)節(jié)能降耗，健康理療等方面具有重要意義。
[0045]以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于包括:導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑10?70重量份、溶劑10?60重量份，助劑0.1?10重量份，樹脂連接劑5?60重量份；其中所述導(dǎo)電導(dǎo)熱劑包含石墨烯團(tuán)簇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述導(dǎo)電導(dǎo)熱劑及遠(yuǎn)紅外增強(qiáng)劑包含石墨烯團(tuán)簇或石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料的組合，其中石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料的質(zhì)量比為1:0.1?1:100。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述導(dǎo)電碳核材料包括石墨、導(dǎo)電槽黑、乙炔黑、爐法炭黑、碳纖維、碳晶中的任一種或兩種以上的組入口 ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述石墨烯團(tuán)簇為石墨烯之間或石墨烯與非石墨烯的碳材料之間通過(guò)J1- 31堆垛形成的三維團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，其中，所述石墨稀的徑向尺寸為10 nm-1 mm，厚度為0.34nm-lmm，且所述石墨烯至少選自氧化石墨烯、氧化還原石墨烯、膨脹剝離石墨烯、液相解離石墨烯、N-摻雜石墨稀、三維石墨稀中的任一種，所述非石墨稀的碳材料包括碳納米管、石墨、導(dǎo)電槽黑、乙炔黑、爐法炭黑、碳纖維、碳晶中的任一種或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述溶劑包括水、脂肪烴類溶劑、芳香烴類溶劑、醇類溶劑、酮類溶劑、酯類溶劑、醇醚類溶劑、動(dòng)物油類、礦物油中的任一種或兩種以上的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述助劑包括分散劑、穩(wěn)定劑、保護(hù)劑、成膜劑、偶聯(lián)劑、增塑劑、消泡劑、增稠劑、潤(rùn)濕劑、流平劑、觸變劑、交聯(lián)劑、殺菌劑、光引發(fā)劑、熱引發(fā)劑、紫外吸收劑中的任一種或兩種以上的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料，其特征在于所述樹脂連接劑包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、丙烯酸酯類低聚物和活性單體、醇酸樹脂、乙烯基樹脂、合成纖維素、聚酰胺樹脂、氯醋樹脂、聚氨酯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂、熱塑性樹脂、合成橡膠中的任一種或兩種以上的組入口 ο
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的制備方法，其特征在于包括:取石墨烯或石墨烯與非石墨烯的碳材料制成石墨烯團(tuán)簇，再將石墨烯團(tuán)簇或石墨烯團(tuán)簇與導(dǎo)電碳核材料、溶劑、助劑和樹脂連接劑混合，獲得所述碳系電熱漿料。
9.如權(quán)利要求8所述基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料的制備方法，其特征在于包括:取石墨烯或石墨烯與非石墨烯的碳材料以1:0.01?1:1的質(zhì)量比于水、醇類、酮類或酯類溶劑中混合，并以3000轉(zhuǎn)/分以上的轉(zhuǎn)速攪拌30min以上，之后噴霧干燥、真空加熱干燥獲得石墨稀團(tuán)簇，再以粉碎機(jī)調(diào)節(jié)石墨稀團(tuán)簇的尺寸。
10.一種裝置，其特征在于包含由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述基于石墨烯團(tuán)簇的碳系電熱漿料形成的電熱結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01B1/04GK104517664SQ201410830435
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】劉立偉, 李奇, 劉朝軍, 王汝冰, 徐建寶, 陳明亮 申請(qǐng)人:蘇州格瑞豐納米科技有限公司