1成果簡介

碳/聚合物基柔性電熱膜作為一種焦耳加熱材料，具有優異的電熱性能、良好的成型性和輕質的特點，是飛機機翼除冰系統、柔性電熱元件和低壓可穿戴設備非常需要的材料。本文，南華大學 Tang等研究人員在《AIP 》期刊發表名為“, high and E- / film”的論文，研究提出以聚酰亞胺（PI）為成膜基材，以石墨烯（GE）為導電填料，成功制備了一系列柔性電熱膜。

系統研究了石墨烯含量對電熱膜形貌、微觀結構、電熱性能以及機械柔性的影響。結果表明，GE/PI 電熱膜不僅保留了石墨烯的良好導電性，還具有聚酰亞胺的優異機械性能和高耐熱性。添加了8wt. % GE的電熱膜在24V電壓下可迅速達到 390 ℃，且溫度分布均勻，500 ℃時的質量損失僅為 0.98 wt. %。這種薄膜在柔性電熱元件等領域有著廣泛的應用。

2圖文導讀

圖1、GE/PI復合膜的制備及電熱實驗圖。

圖2、含有 （a） 3 wt. %、（b） 4 wt. %、（c） 6 wt. %、（d） 8 wt. % 和 （e） 10 wt. % 石墨烯的電加熱薄膜的 SEM 圖像。

圖3、不同比例的GE/PI膜的FTIR光譜。

圖4、(a) 含有 3-10 wt.?% 石墨烯的復合薄膜的薄層電阻。(b) 在 12 V 電壓下電加熱不同石墨烯質量分數的薄膜的時間-溫度關系。

圖5、(a)-(c) 石墨烯質量分數為 8%的 GE/PI 電熱膜在 14、16 和 24 V 電壓下的紅外熱圖。(d)-(f) 不同彎曲角度下的 GE/PI 電熱膜成像。

3小結

本文采用直觀易加工的方法，通過調節GE與PI的比例，制備了一種柔性、耐高溫、發熱、均勻、穩定的GE/PI電熱膜。雖然電熱膜的力學性能隨著石墨烯質量分數的增加而下降，但石墨烯片在電熱膜中的堆疊結構變得更加致密，有效地提高了電熱膜在一定溫度范圍內的穩定性。電加熱性能證實，隨著GE含量的增加，電熱膜的電阻呈指數下降，升溫速度加快，穩態溫度升高。同時，穩態溫度隨著電壓和膜厚的增加而升高。結果表明，可以通過調節電壓、膜厚和GE含量來控制溫度。電熱輻射效率達到91.4%。此外，當電熱膜處于彎曲狀態時，它仍然能很好地產生熱量，并表現出優異的柔韌性。因此，含有8wt.%GE填料的電熱膜具有優越的綜合電加熱性能和機械性能。在多功能智能結構、柔性電熱元件、低壓可穿戴設備等領域展現出巨大潛力。

文獻：