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石墨烯发热膜的发热原理

  石墨烯的研究热潮首先是从英国的曼彻斯特大学蔓延出来的,并且迅速的以其优异的性质席卷了全球各地。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,在2004年用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,正式发现了这种奇迹般的二维材料,也因此,他们共同获得了2010年诺贝尔物理学奖这一科学界无上荣耀。
  
  全球范围来看,石墨烯还处在研发阶段,各国对于这个新兴材料还处于一个专利布局期,尚还没有出现产业化动向,整个产业链也还没有形成。但各国在石墨烯领域的竞争已经十分激烈,无不想尽快抢占先机,占领行业制高点。现在国内应用较为广泛的石墨烯应用方面应该是海水过滤、防腐蚀涂料、储能电池和石墨烯发热膜等方面了。其中石墨烯发热膜更贴近我们生活,常应用于理疗护具、发热壁画、整家取暖等方面,现在小编就跟大家聊聊跟咱们生活息息相关的石墨烯发热膜的发热原理。

石墨烯发热膜的发热原理(图1)
  
  石墨烯发热膜和常规发热膜一样需要通电发热,在石墨烯发热膜两端电极通电的情况下,电热膜中的碳分子在电阻中产生声子、离子和电子,由产生的碳分子团之间相互摩擦、碰撞(也称布朗运动)而产生热能,热能又通过控制波长在5—14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射出来,有效电热能总转换率达99%以上,同时加上特殊的石墨烯材料的超导性,保证发热性能稳定。但是与常规金属丝发热膜不同的地方在于,发热稳定安全,而且散发出来的红外线被称为“生命光线”。而且常规金属丝发热膜如果出了故障破损就无法继续使用了,但是由于石墨烯发热膜的整体发热性,即使破了个洞、即使被剪掉一块,只要还留有能让正负极连接起来的部分就能继续发热!
  
  中科院山西煤化所在石墨烯柔性散热体领域今年已取得两项重大进展。日前,该所系统研究了氧化石墨烯薄膜在炭化过程中的导热性能演变机制,并获得高性能热还原氧化石墨烯薄膜。此前他们还与清华大学和中科院金属研究所相关团队成功研制出高导热石墨烯/碳纤维柔性复合薄膜。
  
  将纳米石墨烯宏观组装形成薄膜材料,同时保持其纳米效应是石墨烯规模化应用的重要途径。山西煤化所与相关单位通过自组装技术,构建结构/功能一体化的碳/碳复合薄膜。这种全碳薄膜具有类似于钢筋混凝土的多级结构,其厚度在10~200μm之间可控,室温面向热导率高达977W/m·K,拉伸强度超过15MPa。这项研究解决了石墨烯导热应用的难题,是石墨烯领域的一项突破。以氧化石墨烯为前驱体很容易获得薄膜材料,但这种材料需通过热处理才能恢复其导热/导电性能。山西煤化所的研究结果表明,1000是薄膜性能转变的关键点,薄膜的性能在该点发生质变。这一发现不仅解决了石墨烯热化学转变的基础科学问题,也为石墨烯导热薄膜的规模化制备提供了依据。

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