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【原創(chuàng)】石墨烯地暖:高效節(jié)能,,南方供暖新利器


來源:中國粉體網(wǎng)   留白

[導(dǎo)讀]  石墨烯具有高導(dǎo)電,、高紅外輻射等性能,,成為高性能電熱膜的首選材料。

中國粉體網(wǎng)訊  我國幅員遼闊,,擁有960萬平方公里的廣袤大地,,涵蓋著寒溫帶直到熱帶的氣候條件,區(qū)域氣溫差異大,,人口分布不均衡,。我國北方(秦嶺~淮河線以北)地區(qū)地域遼闊、年平均氣溫低,,國家為了解決冬季采暖問題,,在人口密集的城鎮(zhèn)敷設(shè)了集中供暖管道,以滿足大面積,、長時(shí)間的供暖需求,;同時(shí)在我國南方如上海,、南京,、合肥等夏熱冬冷地區(qū),一般沒有像北方城市一樣具有集中供暖設(shè)施,但該地域氣溫在當(dāng)年12月到次年2月期間低至5℃以下,,并且相對濕度高達(dá)70-80%,。故在這樣的地區(qū)需要靈活時(shí)段短時(shí)間供暖,因此南方地區(qū)也依然存在區(qū)域性,、短時(shí)間的供暖需求,。

 

近日,走進(jìn)江西九江市都昌縣金銘府小區(qū),,工人正在安裝石墨烯地暖,,他們先將電熱膜拼接在一起,然后將其鋪在防水布上,,最后鋪上地板,,石墨烯地暖就安裝完成了。“石墨烯地暖發(fā)熱膜薄,,電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99%,,不僅節(jié)約能源,而且使用壽命長,�,!庇嘞壬鵁岷婧娴牡匕逍χf,。石墨烯具有高導(dǎo)電、高紅外輻射等性能,,成為高性能電熱膜的首選材料。

 

 

圖源:中國新聞網(wǎng)

 

石墨烯電熱膜發(fā)熱原理

 

在使用石墨烯搭接制作導(dǎo)電膜器件的過程中,,石墨烯基團(tuán)之間會由于分子間作用力或氫鍵互相搭接,,從而因材料內(nèi)在肖特基勢壘的存在而產(chǎn)生接觸電阻,。電熱膜通電后,,石墨烯基團(tuán)內(nèi)部電子在電場作用下產(chǎn)生定向移動,,該過程中電子與石墨烯中的碳原子產(chǎn)生碰撞而發(fā)熱,,同時(shí)被加熱的電子產(chǎn)生光熱電壓和強(qiáng)烈的近電場,,石墨烯吸收光并產(chǎn)生熱電子形成光電流,,實(shí)現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)化,,促進(jìn)紅外輻射熱的吸收并輻射遠(yuǎn)波紅外。用石墨烯高導(dǎo)熱性制成的電熱材料在理論上具有更低的耗電量和更好的熱均勻性較好的柔韌性也為其應(yīng)用提供了保障,。

 

石墨烯基電熱膜制備方法

 

石墨烯薄膜的制備方法按石墨烯初始物態(tài)可分為溶液成膜和化學(xué)氣相沉積法 (CVD)成膜兩大類,。其中,溶液成膜類的方法有真空抽濾法,、旋涂法以及自組裝法等,,CVD成膜類的方法有常壓CVD法,、等離子體輔助化學(xué)沉積法,、激光輔助化學(xué)沉積法以及金屬有機(jī)化學(xué)沉積法等

 

 

 

1)真空抽濾法成膜

 

由于氧化石墨烯含有羧基,、羥基等含氧官能團(tuán),,故可以在水中穩(wěn)定懸浮形成懸浮液。真空抽濾法步驟一般如下:先將氧化石墨烯分散在水中形成穩(wěn)定懸浮液,,接著對懸浮液進(jìn)行離心處理以去掉雜質(zhì),,再加入水合肼等還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)制備石墨烯懸浮液。然后將制備好的石墨烯懸浮液在真空抽濾裝置中通過微孔濾膜過濾,。在抽濾過程中,,石墨烯片層先在濾膜表面均勻沉積而層層增厚。最后將載有薄膜的濾膜放入恒溫干燥箱內(nèi)烘干,,揭下薄膜即制備完成,。

 

2)旋涂法成膜

 

旋涂法是利用旋轉(zhuǎn)的圓形基片使原液在基片上均勻鋪展從而制備薄膜的方法。制備手段是將石墨烯懸浮液滴在基片上,,通電旋轉(zhuǎn)基片使懸浮液鋪展,,干燥后可得到石墨烯薄膜。在制備過程中,,調(diào)節(jié)基片旋轉(zhuǎn)速度或改變懸浮液濃度皆可改變膜的厚度,。

 

3)自組裝法成膜

 

自組裝法石墨烯薄膜包括靜電自組裝、LB自組裝以及氣/液界面自組裝等,。靜電自組裝法(ESA)采用帶不同電荷的各個(gè)組分之間的靜電作用進(jìn)行組裝,。LB(Langmuir-Blodgett)膜自組裝法1:5的水-乙醇溶液倒入LB反應(yīng)槽內(nèi),再將氧化石墨烯懸濁液鋪在液體表面,,利用液面表面張力使石墨烯分子分散成膜,,然后進(jìn)行還原、烘干,,得到高透明度石墨烯薄膜,。實(shí)驗(yàn)得出氣/液界面自組裝法制備過程更加可控,膜厚均勻,,利用GO含氧官能團(tuán)之間和片層之間的斥力,,有效避免石墨烯團(tuán)聚,,可以得到更加均勻的石墨烯薄膜。

 

4)CVD法成膜

 

化學(xué)氣相沉積 (CVD) 法的原料是氣態(tài)先驅(qū)反應(yīng)物,,原理是氣態(tài)分子及原子間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使某些成分分解,,在基體上形成膜。此類方法可細(xì)分為常壓CVD法,、 等離子體輔助化學(xué)沉積,、激光輔助化學(xué)沉積以及金屬有機(jī)化學(xué)沉積等。制備工藝如下:在硅片上沉積特定圖案的鎳層,,隨后在1000℃的高溫下進(jìn)行石墨烯沉積,,然后在石墨烯表面沉積一層聚二甲基硅氧烷(PDMS),待膜層固化后采用蝕刻工藝去除掉膜層下方的鎳層,,最后將石墨烯膜層轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上,。CVD法所制備的石墨烯薄膜性能最好,但工藝復(fù)雜,、制備條件苛刻且難以完美轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上,,故很難工業(yè)化量產(chǎn)。

 

石墨烯地暖的優(yōu)點(diǎn)

 

石墨烯地暖相較于傳統(tǒng)暖氣優(yōu)勢明顯,。在升溫速度上,,石墨烯地暖升溫快,1小時(shí)左右可達(dá)設(shè)定溫度,,傳統(tǒng)暖氣則需6 - 8小時(shí),;能源利用效率方面,石墨烯地暖電熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)99%以上且能智能控溫,,傳統(tǒng)暖氣熱量轉(zhuǎn)化效率低且難以精準(zhǔn)調(diào)節(jié),;安裝與維護(hù)上,石墨烯地暖安裝簡便,、厚度薄,、后期基本無維護(hù),,傳統(tǒng)暖氣安裝復(fù)雜,、耗時(shí)久且后期維護(hù)成本高;安全性方面,,石墨烯地暖防水,、防漏電、防腐蝕,,傳統(tǒng)暖氣水管易腐蝕破裂,;舒適度方面,石墨烯地暖以遠(yuǎn)紅外輻射散熱有益健康,,傳統(tǒng)暖氣空氣對流易致干燥,。

 

綜上所述,石墨烯地暖無疑是供暖領(lǐng)域的一顆璀璨明星。它以高效的電熱轉(zhuǎn)換效率,、快速的升溫能力,、良好的安全性、環(huán)保性以及卓越的舒適度,,為人們的生活帶來溫暖與便捷,。在應(yīng)對我國多樣的氣候條件和不同的供暖需求時(shí),石墨烯地暖展現(xiàn)出了極大的適應(yīng)性和發(fā)展?jié)摿�,。無論是北方的長時(shí)間大面積供暖,,還是南方區(qū)域性、短時(shí)間的供暖需求,,石墨烯地暖都能成為理想的選擇,。

 

參考來源:

中國新聞網(wǎng),江西都昌石墨烯地暖“飛入尋常百姓家”

汪靖凱,,石墨烯基電熱膜室內(nèi)采暖應(yīng)用研究

朱華等,,石墨烯功能膜的研究進(jìn)展


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白)

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