石墨烯传热的制作方法

本发明涉及用于改善传热的石墨烯涂料，尤其涉及一种包含源自含碳气体的石墨烯纳米片和石墨烯纳米颗粒的高纯度石墨烯。本发明还涉及一种形成这样的涂料的方法。

背景技术：

1、换热器对于将热量从一个位置转移到另一个位置很重要。例如，换热器在工业装置中常用于加热或冷却工业物流。在其它例子中，换热器常用作电气设备的部件，用于冷却在使用期间发热的电气部件。希望提供具有高传热特性的换热表面以利于换热。

2、本发明的目的是解决现有技术的一个或更多个缺点和/或提供有用的替代方案。

3、在本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应被认为是对现有技术构成本领域技术人员的公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

4、除非上下文另有要求，否则如本文中所用的术语“包括”及其变化形式例如“包含”、“含”和“含有”并非意图排除另外的添加成分、组分、整数或步骤。

技术实现思路

1、在本发明的第一方面中，提供了一种涂料组合物，其包含源自碳气体(carbongas)的石墨烯纳米颗粒和分散在乳液或树脂中的一种或更多种分散剂。

2、在一个实施方式中，按石墨烯纳米颗粒的重量计，所述组合物包含等于或小于选自由0.01％、0.05％、0.10％、0.5％、1％、2％、3％、5％、10％、20％、30％、50％所组成的组的重量百分比(wt％)值的量的石墨烯纳米颗粒。或者或另外，按石墨烯纳米颗粒的重量计，所述组合物包含等于或大于选自由0.01％、0.05％、0.10％、0.5％、1％、2％所组成的组的重量百分比值的量的石墨烯纳米颗粒。在上述实施方式的优选形式中，所述组合物包含大约0.01重量％至大约50重量％的量的石墨烯纳米颗粒。

3、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒是尺寸在2纳米至100微米范围内的颗粒、板(platelet)或片(flake)的形式。

4、在一个实施方式中，所述分散剂选自由阴离子、非离子、阳离子分散剂或添加剂以及它们的组合所组成的组。

5、在一个实施方式中，所述乳液或树脂包含一种或更多种选自由阴离子、非离子、阳离子分散剂或添加剂以及它们的组合所组成的组的添加剂。

6、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒是固体片或粉末的形式。

7、在一个实施方式中，所述乳液具有主相，并且所述主相或树脂选自由丙烯酸树脂(acrylic)、丙烯酸和环氧树脂、丙烯酸环氧共聚物(acrylic epoxy copolymer)、苯乙烯丙烯酸、聚氨酯、环氧树脂、硅酸乙酯、聚硅氧烷、聚脲、饱和或不饱和聚酯、聚天冬氨酸以及它们的组合所组成的组。

8、在一个实施方式中，所述组合物具有使用2号zhan型杯测量的大约50秒至大约70秒的粘度。优选地，所述粘度是大约55秒至大约65秒。本发明人发现这种粘度是有用的，因为它使得很容易利用各种涂覆技术将所述组合物涂覆到表面上，同时形成基本上没有缺陷的粘性涂层。

9、在一个实施方式中，所述组合物具有大于7的ph。优选所述ph是大约7至11。更优选地，所述ph是大约7.5以上。最优选地，所述ph是大约8以上。或者或另外，优选所述ph是最高大约10.5。最优选地，所述ph值是最高大约10。

10、在一个实施方式中，所述组合物具有大于1千克/升(kg/l)的密度。优选地，所述密度大于1.05千克/升。最优选地，所述密度大于1.10千克/升。或者或另外，所述悬浮液具有最高1.2千克/升的密度。最优选地，所述密度是最高大约1.15千克/升。

11、在一个实施方式中，所述乳液或树脂不是和/或不包含基础油、润滑剂、润滑油、脂或冷却剂。

12、在本发明的第二方面中，提供了一种产生用作涂料的含石墨烯的悬浮液的方法，该方法包括：

13、将源自碳气体的石墨烯纳米颗粒与一种或更多种分散剂组合，以形成组合物；以及

14、将所述组合物与乳液或树脂混合，以形成用作涂料的悬浮液。

15、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒源自碳气体和一种或更多种其它含碳前体，包括石墨、炭黑、活性炭以及硬碳和软碳；源自气体的石墨烯、源自石墨的石墨烯、源自石墨的氧化石墨烯、改性碳、炭黑、或各种碳纳米结构的复合材料。所述碳源可以是石墨、含碳的气体和液体和/或生物固体原料。

16、在一个实施方式中，所述方法包括：组合按石墨烯纳米颗粒的重量计等于或小于选自由0.01％、0.05％、0.10％、0.5％、1％、2％、3％、5％、10％、20％、30％、50％所组成的组的重量百分比值的量的石墨烯纳米颗粒。或者或另外，组合按石墨烯纳米颗粒的重量计等于或大于选自由0.01％、0.05％、0.10％、0.5％、1％、2％、3％、5％、10％、20％、30％所组成的组的重量百分比值的量的石墨烯纳米颗粒。在上述实施方式的优选形式中，所述方法包括组合大约0.01重量％至大约50重量％的量的石墨烯纳米颗粒。所述重量百分比值优选基于所述涂料组合物的总重量。

17、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒是尺寸在2纳米至100微米范围内的颗粒、板或片的形式。

18、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒是固体片或粉末的形式。

19、在一个实施方式中，所述分散剂选自由阴离子、非离子、阳离子分散剂或添加剂以及它们的组合所组成的组。

20、在一个实施方式中，所述乳液或树脂包含一种或更多种选自由阴离子、非离子、阳离子分散剂或添加剂以及它们的组合所组成的组的添加剂。

21、在一个实施方式中，所述混合步骤包括以10000秒-1或更高的剪切速率进行高剪切混合。优选地，所述剪切速率是大约40000秒-1至大约60000秒-1。优选地，所述混合步骤进行大约3分钟至大约72小时的时间。更优选地，所述混合时间是大约1至大约4小时。所述剪切速率和所述混合时间取决于不同的分散和分布组合。但是，本发明人发现，这种剪切速率和/或时间对于将石墨烯纳米颗粒分散和分布到乳液或树脂中很有用。

22、在一个实施方式中，所述混合步骤是使用球磨机或珠磨机或喷射磨机或其它研磨设备进行的。

23、在一个实施方式中，所述乳液具有主相，并且所述主相或树脂选自由丙烯酸树脂、丙烯酸和环氧树脂、丙烯酸环氧共聚物、苯乙烯丙烯酸、聚氨酯、环氧树脂、硅酸乙酯、聚硅氧烷、聚脲、饱和或不饱和聚酯、聚天冬氨酸以及它们的组合所组成的组。

24、在一个实施方式中，所述悬浮液具有使用2号zhan型杯测量的大约50秒至大约70秒的粘度。优选地，所述粘度是大约55秒至大约65秒。

25、在一个实施方式中，所述乳液或树脂不是和/或不包含基础油、润滑剂、润滑油、脂或冷却剂。

26、在本发明的第三方面中，提供了一种换热壁或换热器，该换热壁或换热器包括基材，该基材具有至少施加到其第一表面上的石墨烯纳米颗粒的导热涂料，其中所述石墨烯纳米颗粒源自碳气体。所述换热壁可以具有与所述第一表面导热接触的第二表面。所述基材可以是金属、塑料或任何其它导热表面。优选地，所述第二表面与所述第一表面导热接触。

27、所述换热壁可以是壳、管、板、挡板、盘管、翅片或在换热器或换热装置中常用的其它此类换热表面的形式。

28、在一个实施方式中，所述涂料是根据本发明的第一方面和/或其实施方式和/或形式的涂料。

29、在一个实施方式中，所述涂料是根据本发明的第二方面和/或其实施方式的方法形成的。

30、在一个实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒涂料被配置成从基材接收热量，并从基材传递或以其他方式传导热量。在替代实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒涂料被配置成接收来自热源的热量并将该热量传导至基材。

31、在一个实施方式中，所述基材是导热材料，并且所述换热壁被配置成使得热量被第二表面接收并通过基材传导至第一表面。在一种形式中，所述第二表面基本上没有石墨烯纳米颗粒的导热涂料。但是，在替代形式中，所述第二表面具有施加到其上的石墨烯纳米颗粒的导热涂料。

32、在本发明的第四方面中，提供了一种制备换热表面的方法，该方法包括：在基材的表面上涂覆石墨烯纳米颗粒的层，其中所述石墨烯纳米颗粒源自碳气体。所述基材可以是金属、塑料或任何其它导热表面。

33、在一个实施方式中，所述涂覆表面的步骤包括向所述表面上涂覆本发明的第一方面和/或其实施方式和/或形式的含石墨烯的悬浮液的一个或更多个层，以在该表面上形成涂层。

34、在一个实施方式中，所述涂覆表面的步骤包括向所述表面上施加根据本发明的第二方面和/或其实施方式和/或形式的方法形成的含石墨烯的悬浮液的一个或更多个层，以在该表面上形成涂层。

35、优选地，所述方法还包括干燥或固化所述含石墨烯的悬浮液以形成所述涂层。

36、在一个实施方式中，所述换热壁是热系统的一部分，并且所述热系统包括用于向石墨烯纳米颗粒涂层施加振动和/或应变的设备或装置、和/或用于在石墨烯纳米颗粒涂层上施加电压的设备或装置。

37、在上述实施方式的一种形式中，提供了一种操作热系统的方法，该方法包括向石墨烯纳米颗粒涂层施加振动和/或应变，和/或在石墨烯纳米颗粒涂层上施加电压。优选地，所述方法包括对其第一表面或第二表面施加热量。

38、在本发明的另一个方面中，提供了一种包含导热材料的太阳能板，所述导热材料具有施加到其上的石墨烯纳米颗粒涂层，其中所述石墨烯纳米颗粒源自含碳气体。

39、在本发明的第三方面和第四方面的实施方式中，所述石墨烯纳米颗粒涂层是本发明的第一方面和/或其实施方式和/或形式的涂料组合物的干燥层或固化层。

40、在一个实施方式中，所述太阳能板具有面向太阳的表面和面向后的表面，并且其中所述面向后的表面具有施加到其上的石墨烯纳米颗粒涂层。优选地，所述面向太阳的表面包括一个或更多个光伏电池。

41、通过以示例方式给出的以下说明，本发明的另一些方面和在前面段落中说明的方面的另一些实施方式将变得明显。