一種復(fù)合石墨材料及其作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合石墨材料。此外，本發(fā)明還涉及該復(fù) 合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)熱物理學(xué)定理：一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射；當(dāng)熱輻射投 射到物體表面上時(shí)，一般會(huì)發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和穿透。熱能熱輻射率越大，表面該 材料輻射出的能量占吸收能量的比重就愈大。
[0003] 作為傳熱的三種方式之一，熱輻射具有傳導(dǎo)、對(duì)流所不具備的優(yōu)點(diǎn)，如不需要接 觸、不需要介質(zhì)。使用金屬材料作為熱輻射源時(shí)，常溫下的熱波轉(zhuǎn)化效率只有20%_30%，存在 效率偏低的問(wèn)題。而金屬材料作為熱輻射吸熱材料，需要極度改變其表面特性，才能提高吸 收比例。
[0004] 19世紀(jì)60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，產(chǎn)生 了膨脹石墨。石墨粒子沿C軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲(chóng)狀的膨脹石墨，從而結(jié)構(gòu)松散，多 孔而彎曲，表面積擴(kuò)大、表面能提高，蠕蟲(chóng)狀石墨之間可自行嵌合，這樣增加了它的柔軟性 和可塑性。同時(shí)石墨的六角平面網(wǎng)絡(luò)晶體結(jié)構(gòu)保持完整，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，耐高 溫，因此膨脹石墨(或稱柔性石墨）被廣泛地應(yīng)用于密封材料上。
[0005] 蠕蟲(chóng)狀的膨脹石墨，各層粒子高倍膨脹，類晶體體積在C軸方向上幾百倍的擴(kuò)大， 使得膨脹石墨可以在某個(gè)方向有很大的熱、電傳導(dǎo)能力；由于其柔軟性和可塑性，低密度， 近年來(lái)被開(kāi)發(fā)成導(dǎo)熱、導(dǎo)電界面材料。其蠕蟲(chóng)狀的結(jié)構(gòu)，存在很多結(jié)構(gòu)間隙。這些細(xì)小的間 隙，也能構(gòu)成黑洞效應(yīng)，吸收熱輻射波；其枝狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成天線狀，有助于本體熱輻射。
[0006] 石墨稀材料具有更大的比表面積，有助于本體熱福射；層數(shù)在20-250層的類石墨 烯材料在制造成本上更有的優(yōu)勢(shì)。而納米碳管的管狀結(jié)構(gòu)，形成了很好的黑體效果。使得 以波的形式存在的熱輻射能量能夠被高效地吸收并轉(zhuǎn)化為熱。
[0007] 因此，可以將各種石墨類材料復(fù)合作為成為一種熱波(及波熱）轉(zhuǎn)化材料，從而獲 得高于金屬材料的熱波轉(zhuǎn)化效率，環(huán)保且用于高效節(jié)能的熱管理，并有性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的 物質(zhì)成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種復(fù)合石墨材料，該復(fù)合石 墨材料低溫狀態(tài)就可以達(dá)到較高的熱波轉(zhuǎn)化效率，即本材料在低溫（比如10_50°C)下就能 高效轉(zhuǎn)化成紅外線波；而低強(qiáng)度的紅外線波(如人體發(fā)射的紅外線)就能高效被吸收，轉(zhuǎn)化 成熱，并且這熱不斷被傳導(dǎo)走時(shí)，保證高效的吸收紅外線波。該目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí) 現(xiàn)。
[0009] 一種復(fù)合石墨材料，包括以下組分及重量配比：可膨脹石墨70°/『100% ;類石墨烯 材料0~30%;納米碳管0~30%;其中，所述類石墨稀材料的堆積密度0. 15g/cm3~0. 3 g/cm3。 該復(fù)合石墨材料也可以為純膨脹石墨制成。
[0010] 本發(fā)明的復(fù)合石墨材料具有很尚的熱福射率，熱波轉(zhuǎn)化效率尚，室溫時(shí)，該材料的 理論熱波轉(zhuǎn)化效率可達(dá)60%及以上，而現(xiàn)有的金屬材料吊頂在室溫下只有20%~30%的熱波 轉(zhuǎn)化效率。
[0011] 該復(fù)合石墨材料在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)擠壓成型使得膨脹石墨單元的排列方向相 同，從而能產(chǎn)生不同方向上導(dǎo)熱率的各向異性，得益于這一性能，熱量在該復(fù)合石墨材料中 能快速、定向地進(jìn)行傳導(dǎo)，效率高，能根據(jù)不同的使用需求使用。該復(fù)合石墨材料表面充滿 微細(xì)枝狀和間隙，能夠高效熱輻射或熱吸收。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，該復(fù)合石墨材料包括以下組分及重量配比：可膨 脹石墨70%~80% ;類石墨烯材料10~20% ;納米碳管10~20% ;其中，所述類石墨烯材料的堆積 密度0. 2g/cm3~0. 25 g/cm3;納米碳管為單壁或多壁管。類石墨稀材料，和納米碳管更多均 勾分布在復(fù)合石墨材料的表面。
[0013] 作為優(yōu)選，所述復(fù)合石墨材料的密度為0. 01g/cm3~l. 5 g/cm3。通過(guò)控制擠壓成型 工藝可以獲得不同的密度，合適的密度使得復(fù)合石墨材料的導(dǎo)熱率與熱輻射率有所差別， 能適應(yīng)不同的使用環(huán)境。
[0014] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，該復(fù)合石墨材料的密度為0. 4g/cm3~l. 2 g/cm3。
[0015] 作為優(yōu)選，所述復(fù)合石墨材料的表面為經(jīng)過(guò)拉毛處理的粗糙表面，能提高波熱轉(zhuǎn) 化效率。
[0016] 本發(fā)明的目的之二是提供該復(fù)合石墨材料在熱波轉(zhuǎn)化材料中的應(yīng)用，該目的通過(guò) 以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0017] 一種復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，所述熱波轉(zhuǎn)化材料的厚度0. lmm~ 10mm。該熱波轉(zhuǎn)化材料通過(guò)將所述的復(fù)合石墨材料擠壓成型后制得，本申請(qǐng)中定義該熱波 轉(zhuǎn)化材料為Etran。擠壓成型后的Etran中膨脹石墨懦蟲(chóng)的排列方向一般在平面方向，從而 產(chǎn)生不同方向上導(dǎo)熱率的各向異性，使得其橫向方向上導(dǎo)熱率高，能迅速的將熱源傳導(dǎo)過(guò) 來(lái)的熱量快速橫向傳遞，使整片熱波轉(zhuǎn)化材料快速均勻熱起來(lái)；表面充滿微細(xì)枝狀和間隙， 能夠高效熱輻射或熱吸收。
[0018] 即：制熱時(shí)，外來(lái)熱量可以傳導(dǎo)到Etran，其表面通過(guò)輻射的方式(表現(xiàn)為紅外線 輻射的形式）將熱量散到室內(nèi)；制冷時(shí)，環(huán)境物體散發(fā)的紅外波，波能被吸收并轉(zhuǎn)化成熱，使 得Etran整體快速升溫。利用外界結(jié)構(gòu)，比如通過(guò)傳導(dǎo)把熱帶走，Etran材料不能升溫，甚 至降溫，實(shí)現(xiàn)持續(xù)吸熱。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1)提供了一種復(fù)合石墨材料，具有很 高的熱波轉(zhuǎn)化效率，且利用了石墨的定向?qū)岬男阅?，?dǎo)熱效率高，速度快，成本低；該材料 也可以傳導(dǎo)到其它物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)熱能的傳播2)該復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，該 熱波轉(zhuǎn)化材料實(shí)現(xiàn)紅外線波和熱能的雙向低溫轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的制熱和制冷。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為熱波轉(zhuǎn)化材料一種應(yīng)用實(shí)例的溫度分布對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022] 選擇以下實(shí)施例中的組分及重量配比，進(jìn)行模壓成型。
[0023] 從以上實(shí)施例中可以看出，本發(fā)明的復(fù)合石墨材料具有很高的熱波轉(zhuǎn)化效率，該 復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料使用時(shí)，例如作為熱波轉(zhuǎn)化天花板使用時(shí)，相比傳統(tǒng)的空 調(diào)系統(tǒng)，具有很好的節(jié)能效果。見(jiàn)圖1，圖1中左側(cè)示意圖為使用本發(fā)明的熱波轉(zhuǎn)化天花板 (波譜系統(tǒng)）工作時(shí)，房間內(nèi)垂直方向上的溫度分布，中間示意圖為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)房 間內(nèi)垂直方向上的溫度分布，對(duì)比可發(fā)現(xiàn)空調(diào)的熱風(fēng)對(duì)流加熱方式將大部分能源用于加熱 空氣，且熱空氣盤踞房間中上部，造成能源浪費(fèi)，而波譜系統(tǒng)通過(guò)熱輻射的方式直接將熱量 輻射到房間中的人、座椅、地板等物件上，避免了加熱空氣，避免了大部分能源的浪費(fèi)，從圖 1中的右側(cè)圖可直觀的看出傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)比波譜系統(tǒng)多消耗的能量。
[0024] 本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于以上實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū) 為準(zhǔn)，任何對(duì)本技術(shù)做出的本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的替換、變形、改進(jìn)均落入本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，包括以下組分及重量配比：膨脹石墨709^100% ;類 石墨稀材料0~30% ;納米碳管0~30% ;其中，所述類石墨稀材料的堆積密度0. 15g/cm3~0. 3 g/cm3，表觀粒度50目~300目。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，包括以下組分及重量配比： 膨脹石墨70%~80% ;類石墨稀材料10~20% ;納米碳管10~20% ;其中，所述類石墨稀材料的堆 積密度 〇? 2g/cm3~0. 25g/cm3，粒度 150 目 ~200 目。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，所述復(fù)合石墨材料的密度 為 0.01g/cm3~1.5g/cm3。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，所述復(fù)合石墨材料的密度 為 0.4g/cm3~1.2g/cm3。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，所述復(fù)合石墨材 料的熱波轉(zhuǎn)化多60%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種復(fù)合石墨材料，其特征在于，所述復(fù)合石墨材 料的表面為經(jīng)過(guò)拉毛處理的粗糙表面。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，其 特征在于，所述熱波轉(zhuǎn)化材料的厚度0.lmm~ 1〇_，該材料能夠?qū)崿F(xiàn)紅外線和熱之間在溫度 區(qū)間10-50°C內(nèi)的高效雙向轉(zhuǎn)化。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，其特征在于， 所述熱波轉(zhuǎn)化材料的厚度IOmm,該材料能夠?qū)崿F(xiàn)紅外線和熱之間在溫度區(qū)間 10-50°C內(nèi)的高效雙向轉(zhuǎn)化。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，其特征在于， 所述熱波轉(zhuǎn)化材料的厚度IOmm,該材料能夠?qū)崿F(xiàn)紅外線和熱之間在溫度區(qū)間 10-50°C內(nèi)的高效雙向轉(zhuǎn)化。
【專利摘要】一種復(fù)合石墨材料，包括以下組分及重量配比：可膨脹石墨70%~100%；類石墨烯材料0~30%；納米碳管0~30%；其中，所述類石墨烯材料的堆積密度 0.15g/cm3~0.3 g/cm3 , 粒度50目~300目。本發(fā)明還涉及該復(fù)合石墨材料在熱波轉(zhuǎn)化材料中的應(yīng)用。本發(fā)明具有以下有益效果：1）提供了一種復(fù)合石墨材料，低溫下(10～50?C)具有很高的熱波轉(zhuǎn)化效率，且利用了石墨的定向?qū)岬男阅?，?dǎo)熱效率高，速度快，成本低；2）該復(fù)合石墨材料作為熱波轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，該熱波轉(zhuǎn)化材料實(shí)現(xiàn)紅外線波和熱能的雙向低溫轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的制熱和制冷。
【IPC分類】C01B31/04, C09K5/14
【公開(kāi)號(hào)】CN104909355
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510230031
【發(fā)明人】袁奕琳, 徐衛(wèi)剛, 陸卓君
【申請(qǐng)人】寧波信遠(yuǎn)工業(yè)集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月8日