成果简介
碳/聚合物基柔性电热膜作为一种焦耳加热材料，具有优异的电热性能、良好的成型性和轻质的特点，是飞机机翼除冰系统、柔性电热元件和低压可穿戴设备非常需要的材料。本文，南华大学Dewen Tang等研究人员在《AIP Advances 》期刊发表名为“Flexible, high temperature resistant and highly efficient E-heating graphene/polyimide film”的论文，研究提出以聚酰亚胺（PI）为成膜基材，以石墨烯（GE）为导电填料，成功制备了一系列柔性电热膜。
系统研究了石墨烯含量对电热膜形貌、微观结构、电热性能以及机械柔性的影响。结果表明，GE/PI 电热膜不仅保留了石墨烯的良好导电性，还具有聚酰亚胺的优异机械性能和高耐热性。添加了8wt. % GE的电热膜在24V电压下可迅速达到 390 ℃，且温度分布均匀，500 ℃时的质量损失仅为 0.98 wt. %。这种薄膜在柔性电热元件等领域有着广泛的应用。
图文导读
图1、GE/PI复合膜的制备及电热实验图。
图2、含有 （a） 3 wt. %、（b） 4 wt. %、（c） 6 wt. %、（d） 8 wt. % 和 （e） 10 wt. % 石墨烯的电加热薄膜的 SEM 图像。
图3、不同比例的GE/PI膜的FTIR光谱。
图4、(a) 含有 3-10 wt. % 石墨烯的复合薄膜的薄层电阻。(b) 在 12 V 电压下电加热不同石墨烯质量分数的薄膜的时间-温度关系。
图5、(a)-(c) 石墨烯质量分数为 8%的 GE/PI 电热膜在 14、16 和 24 V 电压下的红外热图。(d)-(f) 不同弯曲角度下的 GE/PI 电热膜成像。
小结
本文采用直观易加工的方法，通过调节GE与PI的比例，制备了一种柔性、耐高温、发热、均匀、稳定的GE/PI电热膜。虽然电热膜的力学性能随着石墨烯质量分数的增加而下降，但石墨烯片在电热膜中的堆叠结构变得更加致密，有效地提高了电热膜在一定温度范围内的稳定性。电加热性能证实，随着GE含量的增加，电热膜的电阻呈指数下降，升温速度加快，稳态温度升高。同时，稳态温度随着电压和膜厚的增加而升高。结果表明，可以通过调节电压、膜厚和GE含量来控制温度。电热辐射效率达到91.4%。此外，当电热膜处于弯曲状态时，它仍然能很好地产生热量，并表现出优异的柔韧性。因此，含有8wt.%GE填料的电热膜具有优越的综合电加热性能和机械性能。在多功能智能结构、柔性电热元件、低压可穿戴设备等领域展现出巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1063/5.0180858
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