一种石墨烯发热混合料、发热元件、发热管及制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯发热混合料、发热元件、发热管及其制备工艺，其中石墨烯发热混合料以质量份计包含：石墨烯1

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯发热混合料、发热元件、发热管及制备工艺


[0001]本专利技术属于发热元件
，特别涉及一种石墨烯发热混合料、发热元件、发热管及制备工艺。

技术介绍

[0002]电阻加热单元常用在电热系统中，一般采用金属箔、薄膜涂层、镍丝、金属网等材料。使用最多的加热元件为镍铬合金。然而，对于镍铬合金，目前在以下方面仍然显得不足：镍铬合金的密度大，使用时厚度有数毫米；电阻率低(约10-6
Ω
·
m)，仍然存在着电热转化效率低，加热速率小，加热元件没有自动恒温及功率补偿功能，使得电热系统结构复杂，热惯性大等不足之处；铁铬铝是铁素体合金，存在常温脆性、475℃脆性和1000℃以上的高温脆性，由于高温脆性导致的高温强度低最终导致电热元件使用寿命短；合金的可焊性很差，难修复。
[0003]石墨烯(Graphene)是由单碳原子层构成的二维晶体材料，被称为神奇的材料，是已知材料中最薄的，Andre Geim和Konstantin Novoselov因为对石墨烯研究的贡献获得了2010年诺贝尔物理奖，并掀起了全世界的研究热潮。石墨烯优异的导电、导热性能完全超过金属，其良好的机械性能、较低的密度和耐高温耐腐蚀的优点，让其具备了取代现今电热材料领域的潜力。
[0004]但现有石墨烯大部分使用于散热，只有极少数使用在加热。且综观现有石墨烯发热所使用的材料耐温并无法替代300℃以上高温发热元件，来满足现今发热的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供了一种石墨烯发热混合料、发热元件、发热管及其制备工艺。具体地，本申请提供一种制备200℃以上，优选为400℃以上高温的低功耗节能发热方法。本专利技术能够大幅提高热转换效率，具有超低功耗、超高温等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种石墨烯发热混合料，按质量份包含：石墨烯1-5份、绝缘微粒5-20份、溶剂3-30份、交联剂1-13份。
[0008]优选地，所述绝缘微粒为高岭土、云母粉、石英粉、二氧化硅、白炭黑、氧化镁、二氧化钛中的任一种或几种的组合。
[0009]优选地，所述溶剂为乙醇，所述交联剂为硅酸盐。
[0010]一种上述发热混合料的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)对石墨烯、绝缘微粒进行烘烤处理；
[0012](2)将步骤(1)处理后的石墨烯1-5份、绝缘微粒5-20份按配比置入搅拌机中进行均匀混合，制得混合料；
[0013](3)将步骤(2)制得的混合料经过筛处理后，再添加溶剂3-30份，密封搅拌处理，制
得混合浆料；
[0014](4)将混合浆料与交联剂1-13份混合均匀，制得石墨烯发热混合料。
[0015]优选地，步骤(1)中的原料烘烤处理为放置烤箱250℃烘干。
[0016]一种发热元件，由上述发热混合料制备而成。
[0017]优选地，本专利技术的发热元件为发热芯。
[0018]一种上述发热芯的制备工艺，包括如下步骤：
[0019](1)将石墨烯发热混合料通过直径1-15mm挤花嘴，形成石墨烯发热芯半成品；
[0020](2)石墨烯发热芯半成品经烘烤、退火处理，即得到石墨烯发热芯。
[0021]一种发热管，包括上述发热芯。
[0022]优选地，发热管还包括石英管、金属丝，其中发热芯的两端分别与金属丝连接且置于石英管内，金属丝的一端与发热芯连接，另一端从石英管端部引出，且石英管的两端密封。
[0023]优选地，发热管还包括支撑环，支撑环位于金属丝与发热芯之间，用于连接金属丝和发热芯。
[0024]优选地，发热管还包括石英玻珠，石英玻珠位于发热芯两端的金属丝上，用于封合石英管的两端。
[0025]优选地，金属丝为钼丝，直径为3-10mm。
[0026]一种上述发热管的制备工艺，包括如下步骤：
[0027](1)取两条金属丝置于石墨烯发热芯的两侧，将金属丝与石墨烯发热芯连接接成一体，并在石墨烯发热芯上，卷上一个或多个支撑环，得到石墨烯发热丝；
[0028](2)将石墨烯发热丝置入石英管中，再将石英管抽真空填入惰性气体，两端用石英玻珠经高温封合，留一定长度的金属丝于石英管外，即得所述发热管。
[0029]优选地，以热压成型的方式将金属丝与石墨烯发热芯压接成一体。
[0030]优选地，所述高温封合为氢氧焰封合。
[0031]与现有工艺相比，本专利技术有益效果为：
[0032]1、本专利技术的石墨烯发热混合料具有低成本、可塑性且制备简单，制成发热元件或发热芯后，质量优良、发热均匀性佳。
[0033]2、本专利技术的发热元件具有热转换效率高、加热时间短、超高温发热温度、使用寿命长等优点，还可以控制发热元件阻抗值来搭配直流或者交流电压。
[0034]3、本专利技术的发热管具有超低功耗、超高温、节能的特点，只需要传统加热管20％耗电功率，可在10瓦至350瓦时达到400℃以上超高温，几乎能取代所有高耗能的供暖家电。
[0035]4、本专利技术的发热管发热时还会散播出远红外光线，远红外线与人体的分子产生共振，可促进微血管扩张、使血液循环顺畅，促进新陈代谢、提升人体免疫系统，可广泛应用于家庭取暖、医疗设备、工业加热等领域，造就绿色无害的环境。
附图说明
[0036]图1为本专利技术中发热管的结构示意图。
[0037]图2为本专利技术中发热管的结构分解示意图。
[0038]附图中标记说明：1为发热芯、2为支撑环、3为金属丝、4为石英管、5为石英玻珠。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的技术工艺与创新特征能更易于理解，以下对此专利技术的具体实施技术方式进行详细阐述，以下所述的特选实施例仅为本专利技术实施例之一部分，而不是涵盖整个模式。
[0040]石墨烯发热混合料
[0041]本专利技术的石墨烯发热混合料，成分配比以质量份组分计：石墨烯1-5份、绝缘微粒5-20份、溶剂3-30份、交联剂1-13份。
[0042]关于本专利技术的石墨烯发热混合料中使用的材料，详细地进行说明。
[0043]石墨烯，其导热性能5000W/m
·
K，其杨氏模量1100GPa，断裂强度125GPa，其还具有优异的电学性能，室温下电子迁移率可达2
×
105cm2/V
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s，将石墨烯作为本专利技术发热混合料中的导电成分具有升温快速、节能、发射远红外线等优点。远红外线又被称为“生命之光”，红外线光谱、远红外线与人体的分子产生共振，可促进微血管扩张、使血液循环顺畅，促进新陈代谢，进而增加身体免疫力。
[0044]绝缘微粒，优选为高岭土、云母粉、石英粉、二氧化硅、白炭黑、氧化镁、二氧化钛中的任一种或几种的组合。石墨烯电子迁移率可达2
×
105cm2/V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯发热混合料，其特征在于，按质量份包含：石墨烯1-5份、绝缘微粒5-20份、溶剂3-30份、交联剂1-13份。2.根据权利要求1所述的石墨烯发热混合料，其特征在于：所述绝缘微粒为高岭土、云母粉、石英粉、二氧化硅、白炭黑、氧化镁、二氧化钛中的任一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的石墨烯发热混合料，其特征在于：所述溶剂为乙醇，所述交联剂为硅酸盐。4.一种根据权利要求1或2或3所述的石墨烯发热混合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对石墨烯、绝缘微粒进行烘烤处理；(2)将步骤(1)处理后的石墨烯1-5份、绝缘微粒5-20份按配比置入搅拌机中进行均匀混合，制得混合料；(3)将步骤(2)制得的混合料经过筛处理后，再添加溶剂3-30份，密封搅拌处理，制得混合浆料；(4)将混合浆料与交联剂1-13份混合均匀，制得石墨烯发热混合料。5.一种发热元件，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的石墨烯发热混合料制备而成。6.根据权利要求5所述的发热元件，其特征在于，所述发热元件为石墨烯发热芯。7.一种根据权利要求6所述的发热芯的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)将石墨烯发热混合料通过直径1-15mm挤花嘴，形成石墨烯发热芯半成品；(2)将石墨烯发热芯半成品经烘烤、退火处理，即得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建波，王世昌，刘安辉，苏芃因，林柏侨，黄坚，单，肖洪强，徐磊，
申请(专利权)人：陈建波，
类型：发明
国别省市：