中国粉体网讯 我国幅员辽阔，拥有960万平方公里的广袤大地，涵盖着寒温带直到热带的气候条件，区域气温差异大，人口分布不均衡。我国北方（秦岭～淮河线以北）地区地域辽阔、年平均气温低，国家为了解决冬季采暖问题，在人口密集的城镇敷设了集中供暖管道，以满足大面积、长时间的供暖需求；同时在我国南方如上海、南京、合肥等夏热冬冷地区，一般没有像北方城市一样具有集中供暖设施，但该地域气温在当年12月到次年2月期间低至5℃以下，并且相对湿度高达70-80%。故在这样的地区需要灵活时段短时间供暖，因此南方地区也依然存在区域性、短时间的供暖需求。
近日，走进江西九江市都昌县金铭府小区，工人正在安装石墨烯地暖，他们先将电热膜拼接在一起，然后将其铺在防水布上，最后铺上地板，石墨烯地暖就安装完成了。“石墨烯地暖发热膜薄，电热转换效率高达99%，不仅节约能源，而且使用寿命长。”余先生摸着热烘烘的地板笑着说。石墨烯具有高导电、高红外辐射等性能，成为高性能电热膜的首选材料。
图源：中国新闻网
石墨烯电热膜发热原理
在使用石墨烯搭接制作导电膜器件的过程中，石墨烯基团之间会由于分子间作用力或氢键互相搭接，从而因材料内在肖特基势垒的存在而产生接触电阻。电热膜通电后，石墨烯基团内部电子在电场作用下产生定向移动，该过程中电子与石墨烯中的碳原子产生碰撞而发热，同时被加热的电子产生光热电压和强烈的近电场，石墨烯吸收光并产生热电子，形成光电流，实现电热转化，促进红外辐射热的吸收并辐射远波红外。利用石墨烯高导热性制成的电热材料在理论上具有更低的耗电量和更好的热均匀性，较好的柔韧性也为其应用提供了保障。
石墨烯基电热膜制备方法
石墨烯薄膜的制备方法按石墨烯初始物态可分为溶液成膜和化学气相沉积法 (CVD)成膜两大类。其中，溶液成膜类的方法有真空抽滤法、旋涂法以及自组装法等，CVD成膜类的方法有常压CVD法、等离子体辅助化学沉积法、激光辅助化学沉积法以及金属有机化学沉积法等。
（1）真空抽滤法成膜
由于氧化石墨烯含有羧基、羟基等含氧官能团，故可以在水中稳定悬浮形成悬浮液。真空抽滤法步骤一般如下：先将氧化石墨烯分散在水中形成稳定悬浮液，接着对悬浮液进行离心处理以去掉杂质，再加入水合肼等还原剂进行还原反应制备石墨烯悬浮液。然后将制备好的石墨烯悬浮液在真空抽滤装置中通过微孔滤膜过滤。在抽滤过程中，石墨烯片层先在滤膜表面均匀沉积而层层增厚。最后将载有薄膜的滤膜放入恒温干燥箱内烘干，揭下薄膜即制备完成。
（2）旋涂法成膜
旋涂法是利用旋转的圆形基片使原液在基片上均匀铺展从而制备薄膜的方法。制备手段是将石墨烯悬浮液滴在基片上，通电旋转基片使悬浮液铺展，干燥后可得到石墨烯薄膜。在制备过程中，调节基片旋转速度或改变悬浮液浓度皆可改变膜的厚度。
（3）自组装法成膜
自组装法石墨烯薄膜包括静电自组装、LB自组装以及气/液界面自组装等。静电自组装法(ESA)采用带不同电荷的各个组分之间的静电作用进行组装。LB(Langmuir-Blodgett)膜自组装法是将1:5的水-乙醇溶液倒入LB反应槽内，再将氧化石墨烯悬浊液铺在液体表面，利用液面表面张力使石墨烯分子分散成膜，然后进行还原、烘干，得到高透明度石墨烯薄膜。实验得出气/液界面自组装法制备过程更加可控，膜厚均匀，利用GO含氧官能团之间和片层之间的斥力，有效避免石墨烯团聚，可以得到更加均匀的石墨烯薄膜。
（4）CVD法成膜
化学气相沉积 (CVD) 法的原料是气态先驱反应物，原理是气态分子及原子间产生化学反应使某些成分分解，在基体上形成膜。此类方法可细分为常压CVD法、 等离子体辅助化学沉积、激光辅助化学沉积以及金属有机化学沉积等。制备工艺如下：在硅片上沉积特定图案的镍层，随后在1000℃的高温下进行石墨烯沉积，然后在石墨烯表面沉积一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)，待膜层固化后采用蚀刻工艺去除掉膜层下方的镍层，最后将石墨烯膜层转移到目标基底上。CVD法所制备的石墨烯薄膜性能最好，但工艺复杂、制备条件苛刻且难以完美转移到目标基底上，故很难工业化量产。
石墨烯地暖的优点
石墨烯地暖相较于传统暖气优势明显。在升温速度上，石墨烯地暖升温快，1小时左右可达设定温度，传统暖气则需6 - 8小时；能源利用效率方面，石墨烯地暖电热转化效率达99%以上且能智能控温，传统暖气热量转化效率低且难以精准调节；安装与维护上，石墨烯地暖安装简便、厚度薄、后期基本无维护，传统暖气安装复杂、耗时久且后期维护成本高；安全性方面，石墨烯地暖防水、防漏电、防腐蚀，传统暖气水管易腐蚀破裂；舒适度方面，石墨烯地暖以远红外辐射散热有益健康，传统暖气空气对流易致干燥。
综上所述，石墨烯地暖无疑是供暖领域的一颗璀璨明星。它以高效的电热转换效率、快速的升温能力、良好的安全性、环保性以及卓越的舒适度，为人们的生活带来温暖与便捷。在应对我国多样的气候条件和不同的供暖需求时，石墨烯地暖展现出了极大的适应性和发展潜力。无论是北方的长时间大面积供暖，还是南方区域性、短时间的供暖需求，石墨烯地暖都能成为理想的选择。
参考来源：
中国新闻网，江西都昌石墨烯地暖“飞入寻常百姓家”
汪靖凯，石墨烯基电热膜室内采暖应用研究
朱华等，石墨烯功能膜的研究进展
（中国粉体网编辑整理/留白）
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