Grafen-varmefilmer har revolusjonert varmeadministrasjon over bedrifter, fra privat oppvarming til rehabiliteringsenheter, ved å fremme høy elektrotermisk transformasjonseffektivitet, fleksibilitet og jevn varmespredning. Utførelsen av disse filmene er dypt knyttet til deres produksjonsmetoder, som bestemmer grunnleggende egenskaper som konduktivitet, tykkelse og holdbarhet. Denne artikkelen gir en omfattende oversikt over de viktigste produksjonsmetodene for grafenoppvarmingsfilmer, og undersøker deres grunnleggende standarder, kontrolloptimalisering og rimelighet for spesifikke applikasjoner. 

Flytende fase-eksfoliering og beleggmetoder

①Eksfoliering av grafitt til grafen-nanoplater

Væskefase-peeling (LPE) er en kostnadseffektiv strategi for å lage grafen-nanoplater, byggekvadrater for varmefilmer. Prosedyren starter med grafittbrikker, som spres i et oppløselig materiale (f.eks. N-metylpyrrolidon, vann med overflateaktive stoffer) og utsettes for mekanisk energi, vanligvis ved hjelp av sonikering eller blanding med høy skjærkraft. Sonikering bruker ultralydbølger for å lage kavitasjonsbobler, hvis kollaps produserer skjærstyrker som isolerer grafittlag i ett eller flere lag. Grafen-varmefilmerOverflateaktive stoffer (f.eks. natriumdodecylsulfat) eller polymerer tilsettes regelmessig for å stabilisere de eksfolierte arkene, og forutse reaggregering ved å fremkalle elektrostatisk eller sterisk frastøtning. 

Viktige parametere for LPE inkluderer avgivelsestid (1–24 timer), oppløselig type og grafittkonsentrasjon (0.1–10 mg/ml). Lengre sonikeringstider øker avgivelsestiden, men kan føre til ulemper. Det er viktig å optimalisere denne endringen, ettersom avgivelser reduserer elektrisk ledningsevne, en viktig egenskap for varmefilmer. Vanlige utbytter varierer fra 10–30 %, med horisontale arkstørrelser på 1–10 μm, passende for filmer som krever direkte ledningsevne (10³–10⁴ S/m).

②Belegg- og filmdannelsesprosesser

Når de er eksfoliert, lagres grafen-nanoplater på substrater gjennom belegningsmetoder som er tilpasset filmens krav. Dusjbelegg benytter en tut for å forstøve grafenspredningen til fine kuler, som lagres på varme substrater (50–100 °C) for å fjerne det oppløselige. Denne metoden muliggjør store overflater (opptil kvadratmeter) med kontrollerbar tykkelse (1–50 μm) og er perfekt for fleksible substrater som PET eller polyimid. Turnbelegg innebærer i motsetning å slippe spredningen på et roterende substrat (1000–5000 o/min), med sentrifugaldrift som sprer væsken til en jevn film. Det produserer tynnere filmer (100 nm–5 μm) med høy konsistens, egnet for nøyaktighetsapplikasjoner som sensorintegrerte varmefilmer.

Etter belegg gjennomgår filmene etterbehandling for å forbedre konduktiviteten. Varmherding (150–300 °C i tomgangsgass) fjerner rester av løsemidler og overflateaktive stoffer, mens kjemisk reduksjon (f.eks. bruk av hydrazin eller askorbinsyre) reparerer forsinkninger i oksiderte grafenark. Disse trinnene øker vanligvis konduktiviteten med 20–50 %, noe som sikrer at filmene oppfyller den elektrotermiske transformasjonseffektiviteten på over 90 % som kreves for oppvarmingsapplikasjoner.

Væskefasestrategier overgår forventningene når det gjelder allsidighet og kostnadseffektivitet, noe som gjør dem utbredte for masseproduserte varmefilmer. Imidlertid begrenser deres avhengighet av eksfoliert grafen, med medfødte defekter, ytelsen i avanserte applikasjoner. For disse tilbyr dampfaseforeningsstrategier utbredt stoffkvalitet, som undersøkt i den følgende delen.

Teknikker for dampfaseavsetning

①Kjemisk dampavsetning (CVD) på katalytiske substrater

Kjemisk damputløsning (CVD) produserer grafenfilmer av høy kvalitet med ubetydelige utslipp, noe som gjør dem perfekte for høytytende oppvarmingsapplikasjoner. Håndteringen skjer i en varmeovn der et katalytisk metallsubstrat (vanligvis kobber eller nikkel) varmes opp til 800–1100 °C under en strøm av hydrokarbongasser (f.eks. metan, etylen). Hydrokarboner brytes ned ved høye temperaturer og frigjør karboniotaer som brytes ned i metallet og akselereres som grafenlag ved avkjøling. Kobber, en overflatekatalysator, gir ofte monolagsgrafen, mens nikkel, med høyere karbonoppløselighet, produserer flerlagsfilmer. 

CVD-parametrene kontrolleres nøye for å optimalisere filmkvaliteten: gassstrømhastigheter (10–100 sccm), vekt (0.1–10 Torr) og avkjølingshastighet (1–10 °C/s) bestemmer krystallinitet og romstørrelsesestimat. Moderat avkjøling, for eksempel, fremmer større romstørrelser (>100 μm), og forbedrer konduktiviteten (opptil 10⁵ S/m). Etter blanding, Grafen-varmefilmer utveksles til et målsubstrat (f.eks. glass, polymerer) ved å kutte metallkatalysatoren med FeCl₃ eller ammoniumpersulfat, et sensitivt trinn som krever forsiktighet for å opprettholde en strategisk avstand fra riving.

②Plasmaforsterket CVD (PECVD) for lavtemperaturavsetning

Plasmaforsterket CVD (PECVD) utvider dampfasetesten til temperaturfølsomme substrater (f.eks. plast) ved å bruke plasma til å aktivere hydrokarbonforløpere, og redusere nødvendige temperaturer til 200–600 °C. En radiofrekvens (RF) eller mikrobølgeplasmakilde ioniserer gasser (f.eks. metan og hydrogen), og produserer responsive arter (partikler, radikaler) som driver grafenutvikling uten høy varmeenergi. PECVD-filmer har marginalt høyere deformasjonstettheter enn vanlige CVD-filmer, men gir bedre feste til ikke-metalliske substrater, noe som gjør dem egnede for fleksible varmefilmkoordinater til klær eller restaureringsinnpakninger. 

Plasmakontroll (50–500 W) og forløperforhold (CH₄:H₂ = 1:10 til 1:100) er nøkkelfaktorer: høyere kontroll øker plasmatykkelsen, øker utviklingen, men kan føre til rømninger. PECVD-videoer viser ofte konduktiviteter på 10⁴–10⁵ S/m, og justerer ytelsen med testfleksibilitet. 

Dampfasestrategier leverer grafenoppvarmingsfilmer av høyeste kvalitet, men har en høyere toll på grunn av spesialisert maskinvare og komplekse utvekslingstrinn. For applikasjoner som krever en endring i ytelse og enkelhet i håndtering, tilbyr crossover-produksjonsmetoder, som kombinerer komponenter fra væske- og dampmetoder, overbevisende løsninger.

Hybrid- og etterfabrikasjonsoptimalisering

①Fremstilling av komposittfilm med bindemidler og tilsetningsstoffer

Hybridproduksjon kombinerer grafen med polymerer, metaller eller keramikk for å forbedre mekanisk kvalitet eller tilpasse konduktiviteten. I en vanlig metode blandes grafen-nanoplater (fra LPE) med en polymerfolie (f.eks. polyuretan, epoksy) i en oppløselig masse, og danner en komposittspredning. Denne blandingen belegges på substrater ved hjelp av kantbelegg eller dykkbelegg, med polymerstrukturen av grafenplater til en fleksibel film. Dekkstoffet (5–20 vekt%) er grunnleggende: for mye reduserer konduktiviteten, mens for lite går på bekostning av fleksibiliteten. Metalltilsatte stoffer (f.eks. sølvnanopartikler) kan forbedre konduktiviteten ved å forme ledende baner mellom grafenplater, til tross for økt materialkostnad.

②Etterbehandling for ytelsesforbedring

Etterbehandling av medisiner er grunnleggende for å maksimere varmefilmens ytelse. Mekanisk kompresjon (påføring av 1–10 MPa vekt) beveger kontakten mellom arkene fremover, noe som reduserer motstanden med 10–30 %. Laserherding bruker sentraliserte laserstenger (bølgelengde 532–1064 nm) for å spesifikt varme opp Grafen-varmefilmer, evakuerer forlatte områder og fremmer krystalliniteten uten å skade substratet. Denne strategien kan øke konduktiviteten med opptil 40 % i LPE-filmer, og bygge bro over ytelseshullet med CVD-filmer. Elektrisk kondisjonering, hvor filmen sykles gjennom spenningsområder (5–20 V) i 1–10 timer, stabiliserer også ytelsen, noe som reduserer kontrollbegrensninger over tid. Dette trinnet er grunnleggende for oppvarming av filmer som brukes i langsiktige applikasjoner som gulvvarme, der pålitelig utbytte er avgjørende.

③Protokoller for kvalitetskontroll og testing

Kvalitetskontroll garanterer at produserte filmer oppfyller kravene til applikasjonen. Viktige tester inkluderer firepunktstester for konduktivitet, infrarød termografi for å evaluere varmekonsistens og sykliske vridningstester (10,000 4496+ sykluser) for å vurdere fleksibilitet. For sikkerhetskritiske applikasjoner (f.eks. restaureringsutstyr) er tester for vanntetthet (IP-klassifisering) og dielektrisk kvalitet (motstand mot gjennomslag under høy spenning) obligatoriske. Overholdelse av retningslinjer som ASTM D18788 (for elektrisk konduktivitet) og ISO XNUMX (for fleksible materialer) garanterer konsistens over produksjonsbatcher.

Konklusjon

Produksjonen av Grafen-varmefilmer er en nyansert plan, med hver teknikk, væskefase-peeling, dampfase-erklæring og halvrasemetoder, som tilbyr tydelige avveininger mellom hentet, utførelse og fleksibilitet. Væskefase-strategier overvelder masseproduksjon for kostnadssensitive applikasjoner, mens dampfase-strategier overgår forventningene i høyprestasjonsscenarioer. Kryssrase-tilnærminger og optimalisering av etterbehandling bidrar til å utvide fleksibiliteten til disse videoene, noe som muliggjør tilpasning for ulike bruksområder fra personlig oppvarming til bærbar teknologi. Etter hvert som produksjonsstrategier utvikler seg, med endringer i ufullkommenhetskontroll og skalering, er grafen-oppvarmingsvideoer balansert for å erstatte tradisjonelle oppvarmingsløsninger i et økende antall applikasjoner, drevet av deres dominerende effektivitet og fleksibilitet.

Shengxihong Vitenskap og Innovasjon Co., Ltd. Selskapet jobber under merkevaren «Shengxihong» og spesialiserer seg på utvikling, produksjon og salg av et bredt spekter av grafenbaserte produkter, inkludert grafenbadstuer, kuldebestandige klimaanlegg, elektriske varmefilmer, elektriske varmekunstverk, elektriske radiatorer, treningsklær, elektriske deksler og smarte bilvarmeputer. Alle produkter er støttet av frie immaterielle rettigheter og lisenser, og selskapet har 17 grafenbruksutstillingslisenser og over 30 privilegerte sertifikater på forskjellige nivåer. På forespørsel, kontakt via post: 1315363763@qq.com.

Referanser

• Allen, MJ, et al. (2010). «Flytende eksfoliering av grafen.» Small, 6(8), 881–890.
• Bae, S., et al. (2010). «Rull-til-rull-produksjon av 30-tommers grafenfilmer for transparente elektroder.» Nature Nanotechnology, 5(8), 574–578.
• Chhowalla, M., et al. (2010). «Kjemien til todimensjonale lagdelte overgangsmetalldikalkogenid-nanoplater.» Nature Chemistry, 2(11), 1010–1022.
• Li, X., et al. (2018). «Storskala syntese av grafenfilmer for elektroniske enheter.» Advanced Materials, 30(4), 1703792.
• Zhang, H., et al. (2021). «Hybridgrafenfilmer for fleksible oppvarmingsapplikasjoner: Fabrikasjon og ytelse.» Composites Science and Technology, 207, 108768.