中國(guó)粉體網(wǎng)訊 我國(guó)幅員遼闊,，擁有960萬(wàn)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(guó)北方（秦嶺～淮河線以北）地區(qū)地域遼闊、年平均氣溫低,，國(guó)家為了解決冬季采暖問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間的供暖需求,；同時(shí)在我國(guó)南方如上海,、南京、合肥等夏熱冬冷地區(qū),，一般沒(méi)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(duì)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(zhǎng),�,！庇嘞壬鵁岷婧娴牡匕逍χf(shuō)。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(guó)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(guò)程中,，石墨烯基團(tuán)之間會(huì)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(shì)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(chǎng)作用下產(chǎn)生定向移動(dòng),，該過(guò)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(chǎng),，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,。利用石墨烯高導(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(lèi),。其中,，溶液成膜類(lèi)的方法有真空抽濾法、旋涂法以及自組裝法等,，CVD成膜類(lèi)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(duì)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(guò)微孔濾膜過(guò)濾,。在抽濾過(guò)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(guò)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)膜自組裝法是將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(guò)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(lèi)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(shì)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(jiǎn)便、厚度薄,、后期基本無(wú)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(duì)流易致干燥。
綜上所述,，石墨烯地暖無(wú)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(lái)溫暖與便捷。在應(yīng)對(duì)我國(guó)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(wú)論是北方的長(zhǎng)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(lái)源：
中國(guó)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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