本發(fā)明涉及地暖磚領(lǐng)域，特別是涉及一種碳納米管石墨烯地暖磚。

背景技術(shù)：

建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)已成為我們當(dāng)今時(shí)代的一個(gè)主題，人們對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求不斷提高，采暖方式的節(jié)能、環(huán)保以及舒適成為現(xiàn)代采暖技術(shù)發(fā)展的一個(gè)基本趨向。地磚輻射散熱是最舒適的采暖方式，怎樣提高輻射散熱的效率成為一項(xiàng)亟待解決的普遍性技術(shù)難題。

石墨烯和碳納米管因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)而具有良好的電學(xué)、熱導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)，這被廣泛的應(yīng)用于納米電子材料和器件中。目前關(guān)于石墨烯和碳納米管結(jié)合用于電暖磚的設(shè)計(jì)與制備中較少，現(xiàn)有的石墨烯地暖磚存在加熱速度慢，使用過(guò)程中電熱層功率逐漸變大，不能滿足人們對(duì)地暖磚節(jié)能要求等問(wèn)題，由此可見(jiàn)，目前亟需一種新的地暖磚，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種碳納米管石墨烯地暖磚，其特征在于，所述地暖磚包括電熱層，該電熱層的組成材料包括：碳納米管、石墨烯、碳酸銨、氯化鐵。

優(yōu)選的，所述石墨烯為多層石墨烯。

優(yōu)選的，所述碳納米管與石墨烯的摩爾比為5~9。

更優(yōu)選的，所述碳納米管與石墨烯的摩爾比為7.6。

在摩爾比為7.6時(shí)，性能地暖磚性能較佳，其電導(dǎo)率低，升溫速度快，功率在長(zhǎng)時(shí)間通電幾乎不發(fā)生變化。

優(yōu)選的，所述電熱層由以下步驟制備而成，a.將石墨放入馬弗爐中制成膨化石墨;b.修飾膨化石墨;c.將步驟b中的石墨置于化學(xué)氣相沉積爐中利用化學(xué)氣相沉積工藝在膨化石墨上沉積碳納米管，制得電熱層。

被修飾的膨化石墨在沉積碳納米管過(guò)程中,石墨片本身將會(huì)被進(jìn)一步剝離,分解成石墨烯。由于天然石墨屬層狀結(jié)構(gòu),層與層之間結(jié)合力較弱,則易將一些原子和基團(tuán)插入到石墨層間,形成石墨層間化合物而成為可膨化石墨。在高溫作用下,層間化合物分解生成大量氣體,體積膨脹數(shù)百倍。在化學(xué)氣相沉積過(guò)程中,則可在層間原位生成碳納米管,進(jìn)一步將石墨層分開(kāi)而制備出多層石墨烯,從而可在原位形成多層石墨烯/碳納米管電熱層。

優(yōu)選的，所述步驟b.修飾膨化石墨具體過(guò)程為,將膨化石墨浸入到0.3~0.85碳酸銨水溶液中,再在攪拌條件下將含0.15~0.52mol/l氯化鐵的水溶液逐滴滴入到含膨化石墨的上述溶體中,攪拌靜置老化3h,過(guò)濾,烘干,650℃焙燒45min,磨成細(xì)粉

優(yōu)選的，將所述碳酸銨水溶液濃度為0.65mol/l。

當(dāng)碳酸銨水溶液濃度為0.65mol/l形成的石墨烯為多層石墨烯片且呈透明狀。

優(yōu)選的，將所述氯化鐵水溶液濃度為0.32mol/l。

在化學(xué)氣相沉積中獲得的石墨烯片最薄。因?yàn)樵阼F離子濃度低的溶液中,滲入到石墨片層間的鐵原子量少,在石墨片層間生長(zhǎng)的碳納米管數(shù)量也少,撐開(kāi)的石墨片數(shù)量也少,所以在復(fù)合粉料中厚的石墨片也多。當(dāng)修飾液中鐵離子濃度高時(shí),溶液中鐵離子團(tuán)尺寸大,此時(shí)鐵離子團(tuán)只能滲入到大間隙的石墨片層之間,碳納米管只能在大間隙的石墨片層沉積,所以多層石墨烯的厚度也較厚;而當(dāng)鐵離子濃度在0.32mol/l,鐵離子團(tuán)的尺寸也小,數(shù)量也不少,它們可以滲入到更小間距的石墨片之間,所以當(dāng)沉積碳納米管時(shí),被撐開(kāi)的石墨烯片數(shù)量較多,片層厚度最薄。

優(yōu)選的，所述保溫層材料為發(fā)泡混凝土。

采用發(fā)泡混凝土作為建筑物墻體及屋面材料，具有良好的節(jié)能效果，與在本發(fā)明中的發(fā)熱層相互配合，使地暖磚溫度上升快。

優(yōu)選的，地暖磚的背面依次設(shè)有電熱層、保溫層所述電熱層和保溫層的周邊設(shè)有封閉層，與所述瓷磚背面相接，所述保溫層及封閉層下面設(shè)有噴砂層，

本發(fā)明的有益效果是：

1)高效節(jié)能，碳納米管石墨烯制作的電熱層導(dǎo)電發(fā)熱時(shí)是直接把電能轉(zhuǎn)換為熱能而不會(huì)產(chǎn)生光能與機(jī)械能，幾乎沒(méi)有自身熱損失，熱效率高達(dá)98%以上，其中大部分以輻射方式傳遞，且為面狀發(fā)熱，發(fā)熱速度快且均勻。通電三分鐘左右，電熱層表面溫度即可達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。

2）超薄、節(jié)省空間、易于加工，獨(dú)特的加工工藝使發(fā)熱板的厚度可以達(dá)到0.32～1.4mm，電熱層（元件）可以粘貼、槽插、螺釘緊固在地暖磚中，不占用空間，此外，產(chǎn)品加工過(guò)程簡(jiǎn)單，方便。

3）安全耐用，電熱層采用的發(fā)熱體為非金屬材料，表面采用高強(qiáng)度絕緣材料經(jīng)高溫高壓復(fù)合而成，在長(zhǎng)期通電運(yùn)行下，具有耐腐蝕、祛濕防潮，功率幾乎不發(fā)生變化的性能。

4）綠色環(huán)保，碳納米管石墨烯電熱層為非金屬純電阻加熱元件，運(yùn)行時(shí)無(wú)噪音、無(wú)磁污染、無(wú)靜電、無(wú)浮塵、無(wú)明火、可祛濕、除潮、屬潔凈環(huán)保型產(chǎn)品。

5）碳納米管石墨烯本身的平面性，整個(gè)面都是發(fā)熱面和散熱面，因而發(fā)熱均勻，熱量易于傳遞、疏散和熱輻射，表面溫度可控制。

6）在一般電壓下（220v）整個(gè)面都是電子通道，電流密度極小，與現(xiàn)有的電阻絲發(fā)熱材料、紅外燈管的電流密度度相比，對(duì)人體毫無(wú)危害，與其他材料良好的復(fù)合，制成各種導(dǎo)電發(fā)熱設(shè)備。

7）石墨烯與碳納米管具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成的全碳器件減少了以往的碳納米管器件與金屬接觸的肖特基勢(shì)壘約束，同時(shí)結(jié)合利用了碳納米管和石墨烯的良好的材料特性和電學(xué)特性，電導(dǎo)率較小。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

電熱層制備：首先利用氧化石墨制備膨化石墨,將石墨1份放入到1000℃的馬弗爐中,保溫15min則得到膨化石墨。隨后修飾膨化石墨,即將膨化石墨浸入到0.65mol/l碳酸銨的水溶液中,再在攪拌條件下將含0.32mol/l氯化鐵的水溶液逐滴滴入到含膨化石墨的上述溶體中,攪拌靜置老化3h,過(guò)濾,烘干,650℃焙燒45min,磨成細(xì)粉;最后將上述細(xì)粉置于化學(xué)氣相沉積爐中,在爐中先通入氬氣,當(dāng)爐溫達(dá)540℃時(shí)切換成氫氣,還原氧化鐵,當(dāng)爐溫達(dá)到820℃時(shí)再通入7.6份乙炔,反應(yīng)3小時(shí),關(guān)閉氫氣,通入氬氣自然降溫則得到石墨烯碳納米管地暖磚電熱層樣品。

實(shí)施例2

電熱層制備：首先利用氧化石墨制備膨化石墨,將石墨1份放入到1000℃的馬弗爐中,保溫15min則得到膨化石墨。隨后修飾膨化石墨,即將膨化石墨浸入到0.3mol/l碳酸銨的水溶液中,再在攪拌條件下將含0.52mol/l氯化鐵的水溶液逐滴滴入到含膨化石墨的上述溶體中,攪拌靜置老化3h,過(guò)濾,烘干,650℃焙燒45min,磨成細(xì)粉;最后將上述細(xì)粉置于化學(xué)氣相沉積爐中,在爐中先通入氬氣，當(dāng)爐溫達(dá)540℃時(shí)切換成氫氣,還原氧化鐵,當(dāng)爐溫達(dá)到820℃時(shí)再通入9份乙炔,反應(yīng)2小時(shí),關(guān)閉氫氣,通入氬氣自然降溫則得到石墨烯碳納米管地暖磚電熱層樣品。

實(shí)施例3

電熱層制備：首先利用氧化石墨制備膨化石墨,將石墨1份放入到1000℃的馬弗爐中,保溫15min則得到膨化石墨。隨后修飾膨化石墨,即將膨化石墨浸入到0.85mol/l碳酸銨的水溶液中,再在攪拌條件下將含0.15mol/l氯化鐵的水溶液逐滴滴入到含膨化石墨的上述溶體中,攪拌靜置老化3h,過(guò)濾,烘干,650℃焙燒45min,磨成細(xì)粉;最后將上述細(xì)粉置于化學(xué)氣相沉積爐中,在爐中先通入氬氣，當(dāng)爐溫達(dá)540℃時(shí)切換成氫氣,還原氧化鐵,當(dāng)爐溫達(dá)到820℃時(shí)再通入5份乙炔,反應(yīng)4小時(shí),關(guān)閉氫氣,通入氬氣自然降溫則得到石墨烯碳納米管地暖磚電熱層樣品。

實(shí)施例4

一種電熱瓷磚的制作方法，包括以下步驟：1）通過(guò)四邊貼邊條工藝，在瓷磚背面周邊設(shè)置封閉層，與瓷磚背面共同圍成一面開(kāi)口的半封閉空間；2）在瓷磚背面和封閉層圍成的半封閉空間加入電熱層；

3）采用聚氨酯發(fā)泡工藝，使聚氨酯充滿半封閉空間，形成保溫層；4）通過(guò)砂噴工藝完全封閉所述半封閉空間。

實(shí)施例5

實(shí)驗(yàn)（1）

將現(xiàn)有技術(shù)制作的電熱層（現(xiàn)有電熱層）與實(shí)施例1（本發(fā)明電熱層1）中制得的電熱層樣品電導(dǎo)率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1

實(shí)驗(yàn)（2）

將地暖磚1~3進(jìn)行通電測(cè)試，當(dāng)給地暖磚加上一定的功率之后，記錄30天電壓表與電流表的數(shù)值，時(shí)間間隔為2小時(shí)，記錄電壓的關(guān)系曲線呈良好的線性關(guān)系，呈現(xiàn)歐姆特征，隨電壓升高，電流增大。

實(shí)驗(yàn)（3）

將地暖磚1~3進(jìn)行通電測(cè)試，電暖磚1：2.8分鐘溫度迅速升高，9分鐘表面溫度達(dá)到40℃；電暖磚2：4.3分鐘溫度迅速升高，15分鐘表面溫度達(dá)到40℃；電暖磚2：3.8分鐘溫度迅速升高，16分鐘表面溫度達(dá)到40℃。用碳納米管石墨烯制備的地暖磚具有迅速升溫的特性。碳納米管石墨烯材料的熱量主要以輻射形式傳遞。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。