新型石墨烯智能發(fā)熱陶瓷臺(tái)板的研發(fā)

曾健 陳永鋒 冼定邦 黃佳奇

摘 要：本文主要介紹了一種以石墨烯發(fā)熱膜為發(fā)熱體，陶瓷巖板為裝飾臺(tái)面，結(jié)合溫度傳感器和智能調(diào)溫組件制備的新型綠色節(jié)能、美觀耐久的發(fā)熱臺(tái)板。

關(guān)鍵詞：石墨烯;發(fā)熱膜;發(fā)熱臺(tái)面;陶瓷巖板

1 前 言

隨著科技進(jìn)步和人們生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)家居環(huán)境舒適度的要求越來(lái)越高。近年來(lái)，各類智能家居也逐漸興起，傳統(tǒng)的餐桌類、辦公桌類等臺(tái)面板難以滿足人們的高檔需求，尤其在氣溫較低的地區(qū)和時(shí)節(jié)，人們渴望一種能夠智能調(diào)溫控溫、持久耐磨且有舒適性觸感的臺(tái)面板。而現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)熱臺(tái)板，主要為餐桌類，存在以下不足：

（1）表面材質(zhì)多為木板或玻璃材料，其耐磨性、耐高溫性、耐久性和安全性等方面都有所缺陷;

（2）發(fā)熱體通常采用電熱絲或電熱毯、導(dǎo)電膠泥等作為發(fā)熱源[1]，這些發(fā)熱源能耗大，局部溫度分布不均，作為硬質(zhì)面板的發(fā)熱體時(shí)，發(fā)熱實(shí)際效果不佳，消費(fèi)者體驗(yàn)差，且高能耗的缺點(diǎn)也不符合當(dāng)前綠色環(huán)保的理念。

近年來(lái)，隨著陶瓷成型燒結(jié)設(shè)備的發(fā)展[2]，陶瓷企業(yè)已經(jīng)可生產(chǎn)出大規(guī)格尺寸的陶瓷巖板，其致密度、硬度及吸水率、耐高溫性能等參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了極高的水平，就家居臺(tái)面板應(yīng)用而言，其相比木材、天然石材或玻璃等材質(zhì)有著突出的優(yōu)勢(shì)。并且隨著噴墨打印技術(shù)的推廣普及，陶瓷巖板表面的紋理圖案更為豐富，消費(fèi)者選擇性更多，甚至可以實(shí)現(xiàn)花紋定制。

在發(fā)熱技術(shù)方面，早期用于航天工業(yè)的新型電熱膜技術(shù)日趨成熟，制造成本逐漸下降，已逐漸轉(zhuǎn)為民用，特別是柔性的石墨烯發(fā)熱膜，其利用具有極佳導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性的二維石墨烯材料制成，電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)99%，具有節(jié)能安全、發(fā)熱快速且均勻的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)異的發(fā)熱源。

本論文中我們創(chuàng)新性的將陶瓷巖板與石墨烯發(fā)熱膜結(jié)合起來(lái)，并利用智能控制器及溫度傳感器，制作了一種可智能調(diào)溫、耐熱防污、防火耐久且外觀精美的新型綠色節(jié)能發(fā)熱臺(tái)面板。

2 石墨烯智能發(fā)熱陶瓷臺(tái)板

所研發(fā)的石墨烯智能發(fā)熱陶瓷臺(tái)板，從上到下分別為陶瓷巖板飾面層、石墨烯發(fā)熱層、雙鋁PVC板保溫層、支承層、底架，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

飾面層1所選用的陶瓷巖板可為覆釉或無(wú)釉陶瓷巖板制品，厚度為6 mm ～ 12 mm，尺寸最大可達(dá)3.2 m×1.6 m;發(fā)熱層2為石墨烯電熱膜，由高固含量的石墨烯漿料沉積封裝成膜，具有升溫迅速、發(fā)熱均勻、低功耗且安全可靠的特點(diǎn);保溫層3選用雙鋁PVC板，具有熱導(dǎo)率低、防火阻燃的特點(diǎn)，在底層起到保溫、阻止熱量流失的作用，從而引導(dǎo)石墨烯發(fā)熱膜所產(chǎn)生的熱量朝上單向流動(dòng)，起到快速加熱面板和保溫節(jié)能的目的。飾面層、發(fā)熱層和保溫層經(jīng)復(fù)合密封為一體，其中發(fā)熱層和保溫層內(nèi)嵌于支承層6中，支承層下面設(shè)有臺(tái)腳7，起到防水防潮和支承的作用。發(fā)熱層的引線5穿過(guò)保溫層和支承層的引線孔4后用膠封閉，最后支承層用螺栓與飾面層相連接固定。

所研制的石墨烯智能發(fā)熱陶瓷臺(tái)板，采用陶瓷巖板作為臺(tái)面飾面板、石墨烯發(fā)熱膜作為發(fā)熱源，把飾面層、石墨烯電熱膜、雙鋁PVC板復(fù)合成一體，解決了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品表面觀感不足，不耐磨、耐高溫性差，導(dǎo)熱能耗高的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了防水、防火、防裂、智能調(diào)溫、環(huán)保節(jié)能，使用壽命長(zhǎng)的應(yīng)用效果。

本文中制備的石墨烯智能發(fā)熱陶瓷臺(tái)板與市面現(xiàn)有的發(fā)熱臺(tái)板相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 表面層采用了理化性能優(yōu)異、裝飾圖案紋理更為豐富多彩的陶瓷巖板制品，解決了常規(guī)發(fā)熱臺(tái)板面長(zhǎng)時(shí)間使用后容易出現(xiàn)磨損、劃花情況，污垢難以清洗等視覺(jué)觀感差的問(wèn)題[3]，更適于消費(fèi)者日常使用;另外，該技術(shù)不僅解決了現(xiàn)有發(fā)熱餐桌或臺(tái)板上存在的不足情況，其供暖與美化功能可以推廣應(yīng)用到更多領(lǐng)域上，在無(wú)集中供暖的南方省份，冬季室內(nèi)環(huán)境場(chǎng)所溫度回升慢，辦公、會(huì)議或聚餐中冰冷桌子或臺(tái)面的接觸環(huán)境都對(duì)人們?cè)斐刹皇孢m感，為此，該技術(shù)可以用作于辦公類桌面板（如銀行等金融類的服務(wù)柜臺(tái)或日常會(huì)議室的會(huì)議臺(tái)等場(chǎng)景），更大拓展了該技術(shù)的使用空間。

（2） 使用了石墨烯發(fā)熱膜作為臺(tái)板面的發(fā)熱源，其發(fā)熱原理是電場(chǎng)作用下，碳原子之間產(chǎn)生劇烈的摩擦與撞擊，產(chǎn)生的熱量以遠(yuǎn)紅外輻射和對(duì)流的形式向外快速發(fā)散出去，相比常規(guī)發(fā)熱材料靠熱傳遞累積逐層傳遞出去的方式，發(fā)熱升溫極為迅速，且溫度更為均衡，用戶體驗(yàn)的舒適性更佳;另外，石墨烯發(fā)熱膜是一層密集的、包裹有二維晶體結(jié)構(gòu)的納米級(jí)碳原子的連續(xù)體，其發(fā)熱是整體性，不會(huì)像常規(guī)發(fā)熱絲等發(fā)熱體，中間部件損壞便失去加熱作用，相比具有更優(yōu)異的耐久性。

（3） 由于實(shí)際起發(fā)熱作用的石墨烯為納米級(jí)碳原子，最低厚度僅為0.34nm，其發(fā)熱膜成品小于1 mm。相比常規(guī)電熱板、發(fā)熱絲等發(fā)熱源，其薄膜特性使其在實(shí)際加工中在粘合工藝上更為簡(jiǎn)單便捷[4]，大大降低裝配難度，更有效的保證了產(chǎn)品可靠性。

（4） 通過(guò)飾面層、發(fā)熱層和保溫層復(fù)合為密封的一體，在整體上更有防水降潮防火防裂的技術(shù)效果，其中保溫層的雙鋁PVC板的剛性結(jié)構(gòu)，與表面理化性能優(yōu)越的陶瓷板材結(jié)合使用，更為有效的保證餐臺(tái)面不會(huì)下陷變形或爆裂，盒狀凹坑形設(shè)計(jì)的支承層更進(jìn)一步加強(qiáng)整體的剛性，且進(jìn)一步提升保溫效果。

（5） 配合智能化開發(fā)設(shè)計(jì)，在固定端與移動(dòng)端均可智能操作，且智能調(diào)節(jié)溫度，在使用上更具便利性。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，采用陶瓷巖板制品結(jié)合石墨烯發(fā)熱膜研制出的新型智能發(fā)熱臺(tái)板，具有裝飾效果多樣、耐磨、耐高溫、節(jié)能環(huán)保、安全的特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有發(fā)熱臺(tái)板類產(chǎn)品存在的不足，消費(fèi)者實(shí)際體驗(yàn)佳，視覺(jué)效果好，應(yīng)用上更為廣泛，將是行業(yè)發(fā)展的新方向。

參考文獻(xiàn)

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