一种加热器及其制备方法技术

本发明专利技术属于加热元件技术领域，涉及一种加热器及其制备方法，包括加热腔体、石墨烯导电层，第一导体、第二导体，所述石墨烯导电层附着于加热腔体内壁，所述第一导体和所述第二导体分别电连接于所述石墨烯导电层的不同位置，所述第一导体和所述第二导体延伸至所述加热腔体外部，所述加热腔体为密封结构。本发明专利技术提供加热器及其制备方法，实现快速均匀加热的效果，对加热腔体的形状无任何限制，对石墨烯导电层的机械强度无明显的要求。加热器中的石墨烯导电层可耐受800

【技术实现步骤摘要】
一种加热器及其制备方法


[0001]本专利技术属于加热元件
，特别是涉及一种加热器及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，是最薄的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，石墨烯导热系数高于碳纳米管和金刚石，常温下的电子迁移率又比碳纳米管或硅晶体高，电阻率低于铜或银。石墨烯具有极好的电热转化效率与电热辐射转化效率。通电后能高效的把电能转化成热能，并通过远红外线辐射出去，因此石墨烯是理想的电加热材料。但是由于石墨烯在500℃就有明显的氧化过程，电阻不断增大，导致功率不断衰减；因此基于石墨烯的加热产品无法实现功率密度>2W/cm2，温度高于500℃的长时间通电加热，这限制了石墨烯加热产品的应用范围。同时，现有的石墨烯加热产品中因石墨烯发热结构从而对石墨烯发热结构的机械强度要求较高，加热速度慢，且加热器高温表面绝缘与封装难以实现，无法实现良好的防水性能与绝缘性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是现有的石墨烯加热产品无法实现温度高于500℃的长时间加热，石墨烯发热元件机械强度要求高，加热速度慢，无法实现良好的防水性能与绝缘性能的问题，本专利技术提供一种加热器及制备方法。
[0004]为解决上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种加热器，包括加热腔体、石墨烯导电层、第一导体、第二导体，所述石墨烯导电层附着于所述加热腔体内壁，所述第一导体和所述第二导体分别电连接于所述石墨烯导电层的不同位置，所述第一导体和所述第二导体延伸至所述加热腔体外部，所述加热腔体为密封结构。
[0005]优选的，所述第一导体和所述第二导体延伸至所述加热腔体外部部分置于所述加热腔体的两侧或置于加热腔体的同侧；所述加热腔体内部为真空状态或者填充保护气体；所述加热腔体形状包括圆柱形、方形、管状或球形；所述保护气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或多种。
[0006]优选的，还包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层的一端与所述石墨烯导电层电连接，所述第一电极层的另一端与所述第一导体电连接，所述第二电极层的一端与所述石墨烯导电层电连接，所述第二电极层的另一端与所述第二导体电连接；所述第一电极层和所述第二电极层为金属层；所述第一电极层厚度为1
‑
50μm，所述第二电极层厚度为1
‑
50μm。
[0007]另一方面，本专利技术提供一种加热器的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)清洁并烘烤加热腔体内壁区域；
[0009](2)在步骤(1)内壁区域制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层；
[0010](3)在石墨烯导电层的不同位置分别连接第一导体和第二导体的一端；第一导体
和第二导体的另一端延伸至加热腔体外部；
[0011](4)将加热腔体密封。
[0012]优选的，所述制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层，包括如下步骤：所述加热腔体一端开口，置于高温氢气气氛炉中，通过石英细管向所述加热腔体内壁附着石墨烯导电层的区域通入含碳小分子气体，反应温度800
‑
1000℃，反应时间10
‑
60min，制备得到附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层；所述石墨烯导电层厚度为0.001
‑
1μm；所述含碳小分子气体包括甲烷、乙烯、乙炔中的一种或多种。
[0013]优选的，所述制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层，包括如下步骤：将片径5
‑
500um，含氧量20
‑
50％氧化石墨烯加水调配为固含量0.5
‑
3％分散液，将分散液涂覆在加热腔体内壁，50
‑
150℃烘烤10
‑
60min后置于高温氢气气氛炉中，反应温度400
‑
1000℃，反应时间10
‑
60min，制备得到石墨烯导电层；所述石墨烯导电层厚度为0.01
‑
10um。
[0014]优选的，所述制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层，包括如下步骤：所述石墨烯浆料由石墨烯粉体与耐温基料配置形成，将石墨烯浆料涂覆在所述加热腔体内壁，制备得到石墨烯导电层；所述石墨浆料中石墨烯质量含量为0.5
‑
10％；所述耐温基料质量含量为10％
‑
50％；所述石墨烯导电层厚度为10
‑
100um；所述耐温基料包括金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、非金属材料中的一种或多种；所述非金属材料包括石墨、碳化硅、二氧化硅、硅、氮化硅中的一种或多种。
[0015]优选的，由上所述的一种加热器的制备方法，还包括以下步骤：通过金属沉积方式或者金属浆料烧结方式在石墨烯导电层的不同位置分别连接第一电极层和第二电极层。
[0016]优选的，所述第一电极层和所述第二电极层通过热压成型、激光焊接、超声波焊接或熔融焊接方式分别与第一导体和第二导体连接。
[0017]优选的，所述在将加热腔体密封之前，在加热腔体内部抽真空或填充保护气体。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术提供的一种加热器，包括加热腔体、石墨烯导电层、石墨烯导电层附着于加热腔体内壁，热量可直接穿过加热腔体内壁，实现快速均匀加热的效果，热效率大幅度提升；石墨烯导电层附着于加热腔体内壁，无需自支撑结构，石墨烯导电层在加热腔体内壁实现良好附着，对石墨烯导电层的机械强度无明显要求，降低加热器的制造成本；石墨烯导电层附着于加热腔体内壁，对加热腔体的形状无任何限制，可以实现任意形态的加热器。
[0020]加热腔体良好密封，内部真空或者是填充保护气体，加热腔体中的石墨烯导电层，平面电阻为0.01
‑
1000Ω，可耐受800
‑
1100℃高温，工作温度800℃，寿命大于30000h，可以实现大于20W/cm2的功率密度；加热腔体与外界隔绝，制备的加热器可实现良好的防水性能与绝缘性能。
附图说明
[0021]图1是不含有电极层的石墨烯层附着于加热腔体的结构示意图；
[0022]图2是含有电极层的石墨烯层附着于加热腔体的结构示意图；
[0023]图3是导体在加热腔体同侧的结构示意图。
[0024]说明书附图中的附图标记如下：
[0025]1、石墨烯导电层；2、加热腔体；3、第一导体；4、第二导体；5、第一电极层；6、第二电
极层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0027]如图1所示，本专利技术提供一种加热器，包括石墨烯导电层1，加热腔体2，第一导体3，第二导体4；第一导体3和第二导体4分别电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加热器，其特征在于，包括加热腔体、石墨烯导电层、第一导体和第二导体，所述石墨烯导电层附着于所述加热腔体内壁，所述第一导体和所述第二导体分别电连接于所述石墨烯导电层的不同位置，所述第一导体和所述第二导体延伸至所述加热腔体外部，所述加热腔体为密封结构。2.根据权利要求1所述的一种加热器，其特征在于，所述第一导体和所述第二导体延伸至所述加热腔体外部部分置于所述加热腔体的两侧或置于加热腔体的同侧；所述加热腔体内部为真空状态或者填充保护气体；所述加热腔体形状包括圆柱形、方形、管状或球形；所述保护气体包括氮气、氦气、氩气中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种加热器，其特征在于，还包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层的一端与所述石墨烯导电层电连接，所述第一电极层的另一端与所述第一导体电连接，所述第二电极层的一端与所述石墨烯导电层电连接，所述第二电极层的另一端与所述第二导体电连接；所述第一电极层和所述第二电极层为金属层；所述第一电极层厚度为1
‑
50μm，所述第二电极层厚度为1
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50μm。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的一种加热器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)清洁并烘烤加热腔体内壁区域；(2)在步骤(1)内壁区域制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层；(3)在石墨烯导电层的不同位置分别连接第一导体和第二导体的一端；第一导体和第二导体的另一端延伸至加热腔体外部；(4)将加热腔体密封。5.根据权利要求4所述的一种加热器的制备方法，其特征在于，所述制备附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层，包括如下步骤：所述加热腔体一端开口，置于高温氢气气氛炉中，通过石英细管向所述加热腔体内壁附着石墨烯导电层的区域通入含碳小分子气体，反应温度800
‑
1000℃，反应时间10
‑
60min，制备得到附着于加热腔体内壁的石墨烯导电层；所述石墨烯导电层厚度为0.001
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋琪，姜斌，王惠明，李涅，
申请(专利权)人：雷索新材料苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：