阅读说明：本技术 一种石墨烯远红外负氧离子加热片及其制备方法 (A kind of graphene Far-infrared negative oxygen ion heating piece and preparation method thereof ) 是由 韩军祥 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片,该加热片从上至下依次包括相互层叠的第一负氧离子层、第一绝缘层、石墨烯发热层、第二绝缘层和第二负氧离子层,所述第一绝缘层和第二绝缘层的边缘合成一体形成容纳石墨烯发热层的第一空腔,所述石墨烯发热层的四周边缘距离第一空腔对应的四周边缘的距离为2-4cm；所述石墨烯发热层上设有两个电极,用于与外部电源的正负极连接；该加热片具有非常好的绝缘性能,该加热片可以释放远红外线,并且可以释放负氧离子,改善大棚内的空气质量；进而能够促进植物根系发育和植物的生长,减少病虫害的发生和农药的使用量,提高了蔬菜的品质和产量。(The present invention provides a kind of graphene Far-infrared negative oxygen ion heating piece, the heating sheet successively includes the first negative oxygen ion layer, the first insulating layer, graphene heating layer, second insulating layer and the second negative oxygen ion layer being layered on top of each other from top to bottom, first insulating layer and the edge integrator of second insulating layer form the first cavity for accommodating graphene heating layer, and the distance of the corresponding edge of the first cavity of edge distance of the graphene heating layer is 2-4cm；Electrode there are two setting on the graphene heating layer, connect for the positive and negative anodes with external power supply；The heating sheet has extraordinary insulation performance, which can discharge far infrared, and can improve the air quality in greenhouse with releasing negative oxygen ion；And then the growth of plant root system development and plant can be promoted, the generation of pest and disease damage and the usage amount of pesticide are reduced, the quality and yield of vegetables is improved.)

一种石墨烯远红外负氧离子加热片及其制备方法

技术领域

本发明属于石墨烯加热设备领域，特别涉及一种石墨烯远红外负氧离子加热片及其制备方法。

背景技术

大棚内种植农作物是现代农业栽培技术常用的手段。但是到了冬季，天气寒冷，室外的温度无法满足农作物的生长，需要在大棚内设置加热设备，传统的加热设备是利用煤炭加热，随着科技的发展，加热设备逐渐涌现出了燃气加热、电加热等多种。但是以上加热设备耗能大，且不环保；因此，需要提供一种新的应用到大棚内的加热设备。

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二维碳纳米材料，其具有非常好的热传导性能；常用在各种发热设备上，用于加热或取暖。例如CN110022624公开的一种石墨烯加热片，其包括基底层、发热层、绝缘层和控温层，该石墨烯加热片可以作为大棚内的加热设备使用，但是该加热设备的绝缘效果不好。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片及其制备方法。

本发明其中一个方案提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片，该加热片从上至下依次包括相互层叠的第一负氧离子层、第一绝缘层、石墨烯发热层、第二绝缘层和第二负氧离子层，所述第一绝缘层和第二绝缘层的边缘合成一体形成容纳石墨烯发热层的第一空腔，所述石墨烯发热层的四周边缘距离第一空腔对应的四周边缘的距离为2-4cm；所述石墨烯发热层上设有两个电极，用于与外部电源的正负极连接。

进一步优选的方案中，所述第一负氧离子层和第二负氧离子层均由依次层叠的基底子层、PU子层和负氧离子子层组成。

进一步优选的方案中，所述第一绝缘层和第二绝缘层均由第一环氧树脂子层、第二环氧树脂子层和被第一环氧树脂子层和第二环氧树子层包括在中间的石墨烯导热子层组成。

进一步优选的方案中，所述石墨烯发热层的上表面设有第一凹槽，下表面设有第一凸起；所述第一绝缘层的下边面对应第一凹槽的位置设有第二凸起，所述第二绝缘层的上表面对应第一凸起的位置设有第二凹槽；所述第一凹槽和第二凸起之间形成第二空腔；所述第一凸起和第二凹槽之间形成第三空腔。

进一步优选的方案中，所述负氧离子子层由负氧离子复合物涂敷于聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述负氧离子复合物由如下重量份的成分制备而成：

托玛琳粉20-30 云母粉10-15 纳米二氧化钛15-20

海藻酸钠5-10 聚醋酸乙烯酯2-4 聚丙烯酸钠1-3。

进一步优选的方案中，所述石墨烯发热层由石墨烯复合物涂敷到聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述石墨烯复合物由如下重量份的成分制备而成：

石墨烯30-40 聚甲基丙烯酸甲酯5-10 沸石粉5-10

田菁胶1-2 羟丙基甲基纤维素3-5 高岭土3-5。

本发明另一个方案中提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1)将第一负氧离子层、第一绝缘层、石墨烯发热层、第二绝缘层、第二负氧离子层按照顺序层叠，于70-80℃预热1-2h，施加35-40MPa的压力，进行第一次热压，热压2-3h，得到初级复合层；

2)将初级复合层于125-130℃，施加80-85MPa的压力，进行第二次热压，热压3-4h，得到二级复合层；

3)将二级复合层置于相对湿度为90-96％，温度为25℃的环境下，施加45-50MPa的压力，放置4-5h；

4)将经过步骤3)处理的二级复合层在145-150℃，施加95-100MPa的压力，进行第三次热压，热压4-5h，制得加热片。

本发明提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片具有非常好的绝缘性能，该加热片可以释放远红外线，并且可以释放负氧离子，改善大棚内的空气质量；进而能够促进植物根系发育和植物的生长，减少病虫害的发生和农药的使用量，使得农作物的增长率高达1倍多，农作物的成熟期提前10天左右，苗齐，苗壮；因此显著提高了农作物的品质和产量。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的石墨烯远红外负氧离子加热片的横截面示意图；

图2为本发明实施例2提供的石墨烯远红外负氧离子加热片的横截面示意图；

图3为本发明实施例6提供的石墨烯远红外负氧离子加热片的横截面示意图；

图4为本发明实施例7提供的石墨烯远红外负氧离子加热片的横截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图中所展示的加热片的宽度可以根据实际情况进行适当的调整，且为了清楚展示每一层的结构，图中每一个层的厚度都是加厚的示意图；在具体加工时根据实际需要调整每一层的厚度。

实施例1

本发明实施例1提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片，如图1所示，该加热片从上至下依次包括相互层叠的第一负氧离子层4、第一绝缘层2、石墨烯发热层1、第二绝缘层3和第二负氧离子层5；在一些优选的实施例中，第一绝缘层和第二绝缘层为环氧树脂半固化片，各层之间按照顺序层叠，然后通过高温高压粘合到一起；各层之间不需要通过额外的胶粘合，在高温高压作用下，环氧树脂半固化片熔化后在冷却粘合，将各层粘接到一起；所述第一绝缘层2和第二绝缘层3的边缘合成一体形成容纳石墨烯发热层1的第一空腔6，所述石墨烯发热层1的四周边缘距离第一空腔6对应的四周边缘的距离为2-4cm，即石墨烯发热层每一边距离第一空腔内对应边的垂直距离均为2-4cm，优选为2.5cm；所述石墨烯发热层1上设有两个电极7，用于与外部电源的正负极连接。

通过设置容纳石墨烯发热层的第一空腔，且限定了石墨烯发热层四周边缘距离第一空腔四周边缘的距离使得制备的加热片具有非常好的绝缘性能；并且设置了双面负氧离子层，可以释放负氧离子，改善了大棚内的空气质量，改善农作物的生长环境。

实施例2

本发明实施例2提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，对第一负氧离子层和第二负氧离子层进行了改进，如图2所示，所述第一负氧离子层4和第二负氧离子层5均由依次层叠的基底子层8、PU子层9和负氧离子子层10组成；其中PU子层是由聚氨酯压合而成的，基底子层可以由选自任意的透气耐高温材料压合而成。

通过对第一负氧离子层和第二负氧离子层的限定可以使得制备的加热片具有很好的防水、防潮、阻燃、耐高温的性能。

实施例3

本发明实施例3提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例2的基础上，对负氧离子子层10进行了限定，具体为：所述负氧离子子层10由负氧离子复合物涂敷于聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述负氧离子复合物由如下重量份的成分制备而成：

托玛琳粉20 云母粉10 纳米二氧化钛15

海藻酸钠5 聚醋酸乙烯酯2 聚丙烯酸钠1；

在一些优选的实施例中，负氧离子子层10由如下方法制备得到：按照重量份，将托玛琳粉、云母粉和纳米二氧化钛混合均匀，制得混合粉；将海藻酸钠、聚醋酸乙烯酯和聚丙烯酸钠加入到80％乙醇水溶液中，80％乙醇水溶液的量为负氧离子复合物总重量的2-3倍；于50kHz功率超声20min，将混合粉加入到上述溶液中，继续超声20min，浓缩至稠膏，涂敷到聚酰亚胺薄膜上，烘干，制得负氧离子子层10。

实施例4

本发明实施例4提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例2的基础上，对负氧离子子层10进行了限定，具体为：所述负氧离子子层10由负氧离子复合物涂敷于聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述负氧离子复合物由如下重量份的成分制备而成：

托玛琳粉26 云母粉13 纳米二氧化钛17

海藻酸钠7 聚醋酸乙烯酯3 聚丙烯酸钠2；

负氧离子子层10的制备方法同实施例3。

实施例5

本发明实施例5提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例2的基础上，对负氧离子子层10进行了限定，具体为：所述负氧离子子层10由负氧离子复合物涂敷于聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述负氧离子复合物由如下重量份的成分制备而成：

托玛琳粉30 云母粉15 纳米二氧化钛20

海藻酸钠10 聚醋酸乙烯酯4 聚丙烯酸钠3；

负氧离子子层10的制备方法同实施例3。

实施例6

本发明实施例6提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，对第一绝缘层和第二绝缘层进行了改进，如图3所示，所述第一绝缘层2和第二绝缘层3均由第一环氧树脂子层11、第二环氧树脂子层12和被第一环氧树脂子层11和第二环氧树子层包括在中间的石墨烯导热子层13组成。第一环氧树脂子层11和第二环氧树脂子层12均为环氧树脂半固化片。

第一绝缘层和第二绝缘层的四周设置成环氧树脂子层，起到粘接和绝缘的作用，内部设置石墨烯导热子层使得制备的加热片具有非常好的导热效果。其中石墨烯导热子层可以由石墨烯复合物涂敷到聚酰亚胺薄膜上制备而成。

实施例7

本发明实施例7提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，如图4所示，所述石墨烯发热层1的上表面设有第一凹槽14，下表面设有第一凸起15；第一凹槽和第一凸起均为沿石墨烯发热层1长度方向设置的多列结构，且第一凸起位于相邻两列第一凹槽之间；所述第一绝缘层2的下边面对应第一凹槽14的位置设有第二凸起16，所述第二绝缘层3的上表面对应第一凸起15的位置设有第二凹槽17；所述第一凹槽14和第二凸起16之间形成第二空腔18；所述第一凸起15和第二凹槽17之间形成第三空腔19。其中，第一凹槽、第一凸起、第二凹槽和第二凸起的横截面均为等腰梯形。

通过设置第二空腔和第三空腔可以提高加热片的散热效果和绝缘性能。

实施例8

本发明实施例8提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，进一步对石墨烯发热层进行具体的限定，具体为：所述石墨烯发热层1由石墨烯复合物涂敷到聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述石墨烯复合物由如下重量份的成分制备而成：

石墨烯30 聚甲基丙烯酸甲酯5 沸石粉5

田菁胶1 羟丙基甲基纤维素3 高岭土3；

在一些优选的实施例中，石墨烯发热层1由如下方法制备得到：

按重量份称取羟丙基甲基纤维素和田菁胶，加入5倍重量的蒸馏水，于40kHz功率超声处理15min，然后加入石墨烯、沸石粉和高岭土，继续超声处理20min，减压浓缩至稠膏；将聚甲基丙烯酸甲酯溶于2倍重量的乙醇中，加入稠膏内，60kHz功率超声处理30min，混合均匀，浓缩除去乙醇，并加热至130℃，制得浆料，涂敷到聚酰亚胺薄膜上，烘干，制得石墨烯发热层。

实施例9

本发明实施例9提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，进一步对石墨烯发热层进行具体的限定，具体为：所述石墨烯发热层1由石墨烯复合物涂敷到聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述石墨烯复合物由如下重量份的成分制备而成：

石墨烯35 聚甲基丙烯酸甲酯7.5 沸石粉7

田菁胶1.5 羟丙基甲基纤维素4.5 高岭土3.5

石墨烯发热层1的制备方法同实施例8。

实施例10

本发明实施例10提供的石墨烯远红外负氧离子加热片，在实施例1的基础上，进一步对石墨烯发热层进行具体的限定，具体为：所述石墨烯发热层1由石墨烯复合物涂敷到聚酰亚胺薄膜上制备而成，所述石墨烯复合物由如下重量份的成分制备而成：

石墨烯40 聚甲基丙烯酸甲酯10 沸石粉10

田菁胶2 羟丙基甲基纤维素5 高岭土5

石墨烯发热层1的制备方法同实施例8。

实施例11

本发明实施例11提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片的制备方法该制备方法包括如下步骤：

1)将第一负氧离子层4、第一绝缘层2、石墨烯发热层1、第二绝缘层3、第二负氧离子层5按照顺序层叠，于70℃预热2h，施加35MPa的压力，进行第一次热压，热压2h，得到初级复合层；

2)将初级复合层于135℃，施加85MPa的压力，进行第二次热压，热压4h，得到二级复合层；

3)将二级复合层置于相对湿度为93％，温度为25℃的环境下，施加50MPa的压力，放置4h；

4)将经过步骤3)处理的二级复合层在150℃，施加100MPa的压力，进行第三次热压，热压4h，制得加热片。

通过以上方法制备的加热片具有非常好的绝缘性和防潮性能。

实施例12

本发明实施例12提供一种石墨烯远红外负氧离子加热片的制备方法该制备方法包括如下步骤：

1)将第一负氧离子层4、第一绝缘层2、石墨烯发热层1、第二绝缘层3、第二负氧离子层5按照顺序层叠，于80℃预热1h，施加40MPa的压力，进行第一次热压，热压3h，得到初级复合层；

2)将初级复合层于130℃，施加80MPa的压力，进行第二次热压，热压3h，得到二级复合层；

3)将二级复合层置于相对湿度为93％，温度为25℃的环境下，施加45MPa的压力，放置5h；

4)将经过步骤3)处理的二级复合层在145℃，施加95MPa的压力，进行第三次热压，热压5h，制得加热片。

如果直接采用150℃，施加100MPa的压力进行热压处理，第一，加热片的防潮性能降低，第二，长时间保持高温高压加热，石墨烯发热层的四周边缘和第一空腔四周边缘的距离会减低，进而降低了绝缘效果。如果第三次热压和第二热压的温度过低，会影响加热片各层的粘合效果。

在一些优选的实施例中，第一负氧离子层4和第二负氧离子层5可以通过如下方法制备：

将基底子层8、PU子层9和负氧离子子层10按照顺序层叠，于150℃，施加100MPa的压力进行热压，3-5h，制得第一负氧离子层4或第二负氧离子层5。

性能考察

将本发明实施例1提供的加热片(实验1组)和现有技术CN110022624提供的加热片(实验2组)进行工作温度下的泄漏电流和电气强度检测，结果见表1。

表1工作温度下的泄漏电流和电气强度检测结果

将现有技术CN110022624提供的加热片(实验2组)、现有技术(150℃，100MPa的压力进行热压，8h)制备得到实施例1的加热片(实验3组)、本发明实施例12提供的方法制备的加热片(实验4组)放置于潮湿箱中，相对湿度为93±3％，温度为25℃，放置48h，经受泄漏电流和电气强度实验，结果见表2。

表2耐潮湿实验结果

电气强度：实验电压50Hz，3000V，1min施加在带点部件和易触及部件之间，非金属部件用金属箔覆盖，在实验期间，不应出现击穿视为合格。

由此可以看出，本发明提供的加热片具有非常好的防潮性能和绝缘性能。

检测本发明实施例3提供的加热片(实验5组)和用CN109185958中公开的负氧离子释放层替换实施例3中的负氧离子子层形成的加热片(实验6组)的抗拉强度，结果见表3。

表3抗拉强度实验结果

从表中可以看出，本申请提供的负氧离子子层可以显著提高加热片的抗拉强度。

检测本发明实施例10提供的加热片(实验7组)和用CN109185958中公开的石墨烯发热层替换实施例10中的石墨烯发热层形成的加热片(实验8组)表面的温度(在各加热片的上下表面各取3个点，测量表面温度)，结果见表4。

表4加热温度实验结果

以上温度的测量条件：1m²加热片，加热功率1kW，通电时长为60s。

从表中可以看出，本发明提供的石墨烯发热层加热的温度更加均匀。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。