新型石墨烯智能发热陶瓷台板的研发

曾健 陈永锋 冼定邦 黄佳奇

摘 要：本文主要介绍了一种以石墨烯发热膜为发热体，陶瓷岩板为装饰台面，结合温度传感器和智能调温组件制备的新型绿色节能、美观耐久的发热台板。

关键词：石墨烯;发热膜;发热台面;陶瓷岩板

1 前 言

随着科技进步和人们生活水平的提高，消费者对家居环境舒适度的要求越来越高。近年来，各类智能家居也逐渐兴起，传统的餐桌类、办公桌类等台面板难以满足人们的高档需求，尤其在气温较低的地区和时节，人们渴望一种能够智能调温控温、持久耐磨且有舒适性触感的台面板。而现有技术的发热台板，主要为餐桌类，存在以下不足：

（1）表面材质多为木板或玻璃材料，其耐磨性、耐高温性、耐久性和安全性等方面都有所缺陷;

（2）发热体通常采用电热丝或电热毯、导电胶泥等作为发热源[1]，这些发热源能耗大，局部温度分布不均，作为硬质面板的发热体时，发热实际效果不佳，消费者体验差，且高能耗的缺点也不符合当前绿色环保的理念。

近年来，随着陶瓷成型烧结设备的发展[2]，陶瓷企业已经可生产出大规格尺寸的陶瓷岩板，其致密度、硬度及吸水率、耐高温性能等参数已经达到了极高的水平，就家居台面板应用而言，其相比木材、天然石材或玻璃等材质有着突出的优势。并且随着喷墨打印技术的推广普及，陶瓷岩板表面的纹理图案更为丰富，消费者选择性更多，甚至可以实现花纹定制。

在发热技术方面，早期用于航天工业的新型电热膜技术日趋成熟，制造成本逐渐下降，已逐渐转为民用，特别是柔性的石墨烯发热膜，其利用具有极佳导热、导电特性的二维石墨烯材料制成，电热转换效率高达99%，具有节能安全、发热快速且均匀的优点，是一种优异的发热源。

本论文中我们创新性的将陶瓷岩板与石墨烯发热膜结合起来，并利用智能控制器及温度传感器，制作了一种可智能调温、耐热防污、防火耐久且外观精美的新型绿色节能发热台面板。

2 石墨烯智能发热陶瓷台板

所研发的石墨烯智能发热陶瓷台板，从上到下分别为陶瓷岩板饰面层、石墨烯发热层、双铝PVC板保温层、支承层、底架，结构示意图如图1所示。

饰面层1所选用的陶瓷岩板可为覆釉或无釉陶瓷岩板制品，厚度为6 mm ～ 12 mm，尺寸最大可达3.2 m×1.6 m;发热层2为石墨烯电热膜，由高固含量的石墨烯浆料沉积封装成膜，具有升温迅速、发热均匀、低功耗且安全可靠的特点;保温层3选用双铝PVC板，具有热导率低、防火阻燃的特点，在底层起到保温、阻止热量流失的作用，从而引导石墨烯发热膜所产生的热量朝上单向流动，起到快速加热面板和保温节能的目的。饰面层、发热层和保温层经复合密封为一体，其中发热层和保温层内嵌于支承层6中，支承层下面设有台脚7，起到防水防潮和支承的作用。发热层的引线5穿过保温层和支承层的引线孔4后用胶封闭，最后支承层用螺栓与饰面层相连接固定。

所研制的石墨烯智能发热陶瓷台板，采用陶瓷岩板作为台面饰面板、石墨烯发热膜作为发热源，把饰面层、石墨烯电热膜、双铝PVC板复合成一体，解决了现有技术产品表面观感不足，不耐磨、耐高温性差，导热能耗高的问题，同时实现了防水、防火、防裂、智能调温、环保节能，使用寿命长的应用效果。

本文中制备的石墨烯智能发热陶瓷台板与市面现有的发热台板相比具有如下优点：

（1） 表面层采用了理化性能优异、装饰图案纹理更为丰富多彩的陶瓷岩板制品，解决了常规发热台板面长时间使用后容易出现磨损、划花情况，污垢难以清洗等视觉观感差的问题[3]，更适于消费者日常使用;另外，该技术不仅解决了现有发热餐桌或台板上存在的不足情况，其供暖与美化功能可以推广应用到更多领域上，在无集中供暖的南方省份，冬季室内环境场所温度回升慢，办公、会议或聚餐中冰冷桌子或台面的接触环境都对人们造成不舒适感，为此，该技术可以用作于办公类桌面板（如银行等金融类的服务柜台或日常会议室的会议台等场景），更大拓展了该技术的使用空间。

（2） 使用了石墨烯发热膜作为台板面的发热源，其发热原理是电场作用下，碳原子之间产生剧烈的摩擦与撞击，产生的热量以远红外辐射和对流的形式向外快速发散出去，相比常规发热材料靠热传递累积逐层传递出去的方式，发热升温极为迅速，且温度更为均衡，用户体验的舒适性更佳;另外，石墨烯发热膜是一层密集的、包裹有二维晶体结构的纳米级碳原子的连续体，其发热是整体性，不会像常规发热丝等发热体，中间部件损坏便失去加热作用，相比具有更优异的耐久性。

（3） 由于实际起发热作用的石墨烯为纳米级碳原子，最低厚度仅为0.34nm，其发热膜成品小于1 mm。相比常规电热板、发热丝等发热源，其薄膜特性使其在实际加工中在粘合工艺上更为简单便捷[4]，大大降低装配难度，更有效的保证了产品可靠性。

（4） 通过饰面层、发热层和保温层复合为密封的一体，在整体上更有防水降潮防火防裂的技术效果，其中保温层的双铝PVC板的刚性结构，与表面理化性能优越的陶瓷板材结合使用，更为有效的保证餐台面不会下陷变形或爆裂，盒状凹坑形设计的支承层更进一步加强整体的刚性，且进一步提升保温效果。

（5） 配合智能化开发设计，在固定端与移动端均可智能操作，且智能调节温度，在使用上更具便利性。

3 结 语

综上所述，采用陶瓷岩板制品结合石墨烯发热膜研制出的新型智能发热台板，具有装饰效果多样、耐磨、耐高温、节能环保、安全的特點，解决了现有发热台板类产品存在的不足，消费者实际体验佳，视觉效果好，应用上更为广泛，将是行业发展的新方向。

参考文献

[1] 张斌.掘金多功能电取暖桌[J].大众投资指南，2012（1）：32-32.

[2] 杨学先，温怡彰，邓耀顺， 何芳芳.陶瓷大板（砖）成型工艺及装备应用现状简析[J].机电工程技术，2018，47（5）： 164-166.

[3] 杨晓辉.一种用导电发热胶膜制成的导电发热复合板材和其制备方法以及用该复合板材制成的制品[P]：CN104837222A.

[4] 冯林敏.氧化石墨烯制备石墨膜及其导热性能研究[D].哈尔滨工业大学，2015.