【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,電熱材料越來越多的被應(yīng)用到電熱理療、電熱供暖等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的電熱材料分為兩大類:金屬電阻絲(鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金)和陶瓷加熱材料。金屬電阻絲的缺點(diǎn)是密度大、容易氧化、熱轉(zhuǎn)換效率低、電磁輻射嚴(yán)重等。而且合金的可焊性差,損壞后很難修復(fù)。陶瓷加熱材料的缺點(diǎn)是升溫速度慢,且具有很大的脆性,抗振性能差。所以金屬和陶瓷的這些缺點(diǎn)限制了它們?cè)诤娇蘸教?電子電工,汽車,軍工,醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用。因此研究柔韌性好、發(fā)熱均勻、電熱轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)的新型電熱材料具有非常重要的意義。本課題選擇石墨納米片作為導(dǎo)電填料與高分材料復(fù)合制備了柔性高導(dǎo)電復(fù)合膜,并對(duì)其電熱性能進(jìn)行探究。首先,對(duì)比水性聚氨酯(WPU)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、硅丙乳液(Si-Acr)三種高分子與石墨納米片(GNP)復(fù)合制備復(fù)合膜的導(dǎo)電性、機(jī)械性能、防水性等。最終選用WPU作為粘結(jié)劑制備柔性導(dǎo)電復(fù)合膜。復(fù)合膜中GNP和WPU的比例為1:1,復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度為18MPa,電阻率為48.4mΩ·cm,復(fù)合膜在水中浸泡15min,電阻率僅增加0.8%。將復(fù)合膜連入到電路中進(jìn)行熱性能測試。復(fù)合膜的功率密度與電極間距、電極兩端電壓和復(fù)合膜方阻的關(guān)系為P_0=U~2/R_口L~2,而且功率密度與發(fā)熱膜表面溫度呈正比例關(guān)系。使用GNP/WPU發(fā)熱膜制備的理療護(hù)膝可在容量為10000m A,電壓為5V的充電寶下持續(xù)工作6個(gè)小時(shí)。佩戴時(shí)發(fā)熱溫度穩(wěn)定在45℃左右,上下溫差約為3℃。其次,采用刷涂的方式將GNP/WPU混合溶液作為發(fā)熱涂料涂覆到地板上,制備發(fā)熱地板。為保證刷涂過程中表面涂層的均勻性,在混合溶液中添加一定量的表面活性劑,最終選用GNP:WPU:表面活性劑=10:10:1的混合溶液作為發(fā)熱地板的混合涂料,漿料的濃度為50mg/ml。對(duì)發(fā)熱地板進(jìn)行發(fā)熱性能探究,發(fā)現(xiàn)地板表面涂覆絕緣層前后溫度相差大約4℃。最終溫度穩(wěn)定時(shí),地板上下表面溫度差相差大約10℃。將地板連入電路中持續(xù)通電7天,地板溫度穩(wěn)定,相同位置溫差僅為3℃左右。最后,使用GNP/CMC導(dǎo)電復(fù)合膜分別與PI、PET、PDMS、PETF復(fù)合制備柔性驅(qū)動(dòng)器。發(fā)現(xiàn)只有PI作為基板時(shí),GNP/CMC復(fù)合膜與基板的結(jié)合力最好,響應(yīng)速度最快,僅為4.5s。在研究中發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的彎曲效果隨PI基板厚度先增大后減小,最終選擇80μm厚PI制做驅(qū)動(dòng)器。制備出的U型結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器可以在12.5V的電壓下,用10s彎曲到最大角度270°,并且連續(xù)通斷100次后仍能保持初始彎曲狀態(tài)。所制備的手型驅(qū)動(dòng)器可以在48V的電壓下模擬手抓取重物時(shí)的形態(tài)成功的抓起4g重的紙團(tuán)。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文范圍。下面就介紹一下不同發(fā)熱材料組成的柔性電熱膜。1.3.1 納米金屬線柔性電熱膜普通的金屬電阻絲直徑大、柔韌性差，無法制成柔性的電熱膜。Chen 等人使用納米銅線作為電熱材料來制備柔性電熱材料。其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，首先將銅納米片螺旋噴涂在聚乙烯纖維上。然后將其浸漬在硅膠中，固化后的硅膠作為絕緣保護(hù)層，制成柔性加熱纖維。最后將柔性加熱纖維編制成柔性發(fā)熱膜。該方法制備的發(fā)熱膜柔韌性好，該加熱膜彎曲 1000 次時(shí)加熱膜的電阻沒有明顯變化，，而且單根柔性纖維形變量 40%時(shí)，電阻只增加 8%[64]。

圖 1-2 CVD 法透明石墨烯電熱膜[1]樣使用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長透明石墨膜墨烯膜進(jìn)行熱處理。發(fā)現(xiàn) 800oC 熱處理的石墨膜在；900oC 熱處理后穩(wěn)態(tài)溫度達(dá)到 150oC；1000oC 熱 熱處理石墨膜；(b)900oC 熱處理石墨膜；(c)1000oC 熱處圖 1-3 所示。說明 CVD 法生長的石墨烯膜還有一
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.2

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本文編號(hào)：2573755