一種基于石墨烯的高效壓敏電熱材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種基于石墨締的高效壓敏電熱材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 石墨締是一種性能優異的二維材料，2004年英國曼徹斯特大學安德烈.吉姆和康 斯坦下.諾沃肖洛夫教授因為石墨締二維材料創造性的發現被授予了 2010年諾貝爾物理 獎，從此開創了石墨締材料的世界性研究熱潮。石墨締是目前最理想的二維納米材料，具有 超高的比表面積和優異的導電W及導熱性能。石墨締宏觀膜材料常常用于宏觀電熱材料， 用于透明柔性電熱膜除冰除霧等。石墨締材料與商業電熱材料相比，具有輕質、制備工藝簡 單、柔初等優點。常常用于電子屏幕除霧，飛機機翼快速除冰等。目前石墨締 Ξ維材料用于 電熱領域的研究尚且很少。由于多孔石墨締材料更加輕質，并且具有Ξ維結構，可W吸附W 及脫吸附，并且在壓力作用下有不同的電阻變化，是一種用于壓敏型電熱材料的優良選擇。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是克服現有技術不足，提供一種基于石墨締的高效壓敏電熱材料的 制備方法。
[0004] 本發明的目的是通過W下技術方案實現的：一種基于石墨締的高效壓敏電熱材料 的制備方法，該方法為:將石墨締氣凝膠置于惰性氣氛中進行高溫熱處理，自然降溫后即可 獲得基于石墨締的高效壓敏電熱材料，所述高溫熱處理的方式為：
[0005] (1)將石墨締氣凝膠W〇.l-rC/min的速率升溫到500-800°C，保溫0.5-化；
[0006] (2) W1 - 3 °C /min的速率升溫到 1000 -1300 °C，保溫0.5 -化；
[0007] (3) W 5 - 8 °C /min的速率升溫到2000 - 3000 °C，保溫0.5 -地。
[000引進一步地，所述石墨締氣凝膠的密度為0.16~15mg/cm3,孔徑為50~200]im。
[0009] 進一步地，所述石墨締氣凝膠中的石墨締片平均尺寸大于50微米。
[0010] 本發明的有益效果在于，本發明制備得到的石墨締基高效壓敏電熱材料，其密度 為0.16-15mg/cm3,孔桐尺寸在10-200皿之間，在不同應變下產生快速電熱響應，隨著應力 越大，電熱響應飽和溫度越高，在5V恒壓下，10%的應變下，材料表面電熱響應最高溫度為 60°C，20%的應變下，材料表面電熱響應最高溫度為130°C，30%的應變下，材料表面電熱響 應最高溫度為200°C，40%的應變下，材料表面電熱響應最高溫度為270°C，在50%的應變 下，材料表面電熱響應最高溫度為350°C ,60%的應變下，材料表面電熱響應最高溫度為420 °C。發明制備工藝簡單，制備的石墨締基壓敏電熱材料性能優異，電熱響應快，適用于大規 模生產，可W用于吸收劑的再生，催化骨架等。
【具體實施方式】：
[0011] W下結合實例進一步說明本
【發明內容】
。
[0012] 實施例1:將密度為5mg/cm3,孔徑為150WI1的石墨締氣凝膠置于惰性氣氛中按照表 1~表3所示的方式進行高溫熱處理，自然降溫后即可獲得基于石墨締的高效壓敏電熱材 料，其電熱效應見表1~表3。
[0013] 表1
[0014]
[0017]表3
[001 引
[0019] 從表1到表3可w看出，本材料的性能主要有兩方面決定，其一材料內部氧化石墨 締片結構修復情況，即官能團的脫落W及高溫下碳共輛結構的修復。其二，材料內部Ξ維取 向結構的連續性，即內部片層結構的連接性。二者共同作用W增加石墨締膜氣凝膠的性能。
[0020] 表1中，通過比較A1/B1/C1/D1/E1，A1的溫度過低，不足W除去大部分易降解的官 能團，導致第二步高溫過程中氣體大量快速產生，在高溫下撕裂片層結構;E1溫度過高，產 生氣體過快，會大量撕裂材料內部結構，兩者都會使得材料性能變差。唯有在B1、C1、D1溫度 下，官能團會緩慢并徹底清除，W保障材料性能。通過比較C1/F1/G1/H1，F1升溫速率過低， 氣體釋放過于緩慢，不能使得材料內部形成通孔;H1升溫過程過快，氣體釋放過快，撕裂材 料內部結構，不利于形成傳輸通道。通過比較C1/I1/J1/K1/L1/M1，I1保溫時間過短，不能保 證大部分官能團的降解;Ml保溫過程過長，會吸收爐子里面的焦油，不利于性能的提升。J1、 K1、L1、M1由于保溫時間合理，性能很高。
[0021] 表2中，通過比較A2/B2/C2/D2/E2，A2升溫速率過低，嚴重影響可壓縮性能和電熱 性能。E2升溫速度過高，會撕裂石墨締層間結構，使得石墨締氣凝膠性能變差。唯有B2、C2、 D2的升溫速度下，才會有才能既保證氣凝膠結構又保證石墨締的導電性。通過比較C2/F2/ G2/H2，F2溫度過低，使得穩定的官能團不能充分脫離，在后續石墨化的過程中容易過渡釋 放氣體，破壞氣凝膠的內部結構;通過比較C2/I2/J2/K2/L2/M2,12保溫時間過短，穩定的官 能團不能充分脫落;M2時間過長，石墨締氣凝膠容易吸附焦油，不利于石墨締氣凝膠性能的 提升;而〔2^2、1(2、12條件下既可^保證穩定官能團的充分脫落，又能避免焦油的困擾。
[0022] 表3中，通過比較A3/B3/C3/D3/E3，A3升溫速率過低，最穩定官能團脫落的過慢，不 利于石墨締氣凝膠導電網絡的形成;E3升溫過程過快，氣體釋放W及高溫膨脹過快，容易破 壞石墨締氣凝膠的結構。只有B3、C3、D3的情況下，導電網絡的石墨締氣凝膠才能穩定的形 成，石墨締上的結構才能緩慢的修復。通過比較C3/F3/G3/H3/I3，F3終點溫度過低，石墨締 結構修復不夠完善，所W各種性能都很差；13終點溫度過高，石墨締會被汽化掉;C3、G3、H3 的溫度下才能既保證石墨締結構的修復，又不會被汽化掉。通過比較C3/J3/K3/L3/M3，J3保 溫時間過低，石墨締結構不能充分修復，M3保溫時間過長，也會使得吸附爐體里的焦油，影 響石墨締氣凝膠的性能。
【主權項】
1. 一種基于石墨烯的高效壓敏電熱材料的制備方法，其特征在于，該方法為:將石墨烯 氣凝膠置于惰性氣氛中進行高溫熱處理，自然降溫后即可獲得基于石墨烯的高效壓敏電熱 材料，所述高溫熱處理的方式為： (1) 將石墨烯氣凝膠以0.1 -l°c/min的速率升溫到500-800°C，保溫0.5-2h; (2) 以 1 - 3 °C/min的速率升溫到 1000 -1300 °C，保溫0 · 5 - 3h; (3) 以5 - 8 °C/min的速率升溫到2000 - 3000 °C，保溫0 · 5 - 4h。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯氣凝膠的密度為0.16~15mg/ cm3,孔徑為 50 ~200μηι〇3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯氣凝膠中的石墨烯片平均尺寸 大于50微米。
【專利摘要】本發明公開了一種基于石墨烯的高效壓敏電熱材料的制備方法。該方法為將石墨烯氣凝膠以0.1?1℃/min的速率升溫到500?800℃，保溫0.5?2h，再以1?3℃/min的速率升溫到1000?1300℃，保溫0.5?3h，然后以5?8℃/min的速率升溫到2000?3000℃，保溫0.5?4h，最終得到一種基于石墨烯的高效壓敏電熱材料，其密度為0.16?15mg/cm3，孔洞尺寸在50?200μm之間，在不同應變下產生快速電熱響應，隨著應力越大，電熱響應飽和溫度越高，最高溫度變化范圍為60℃?420℃。本發明工藝簡單，耗能低，可以大規模生產，獲得的石墨烯壓敏電熱材料性能優異。
【IPC分類】C01B31/04, H05B3/14
【公開號】CN105712344
【申請號】CN201610048381
【發明人】高超, 王冉, 孫海燕, 楊清
【申請人】浙江碳谷上希材料科技有限公司