电热膜是由电绝缘材料与封装在其中的发热电阻材料组成的平面型电热转换元件，通电后，会以热对流和热辐射的形式提供热量，有易于控制调节且不污染环境的优点，在供热领域逐渐得到了广泛应用。目前，市面上最常见的发热膜大致有金属丝电热膜、碳纤维电热膜、碳晶电热膜、石墨烯电热膜几种，其中金属丝和碳纤维的加热方式为线状加热，有发热不均匀、局部温度过高等缺点，而碳晶电热膜虽为面状发热，但因其导电性较差，电热转换能力较低，难以满足快速发展的电热产品的需求，因此具有优异热导率和电导率的石墨烯成为了电热膜如今的首选材料。

石墨烯材料的选择

理想的纯石墨烯电导率可高达5300W/m·K，电导率可达 10⁶S/m，载流子迁移率达 15000cm2 /(V·s)，是目前世界上导热、导电性能最好、强度最大的材料。但作为电热产品通电发热，通常电导率也不宜太高，若整个电路中石墨烯基电热膜电阻于普通导线电阻，则会导致原先的导线变成了负载，而石墨烯变成了导线，不再起加热作用，因此用于制成电热膜的石墨烯材料通常要求适当降低其导电性。

目前，石墨烯常采用的化学法在制备过程中需要发生氧化-还原反应，产物往往会存在有部分缺陷或含有羟基、羧基等含氧有机官能团。在使用这些含有缺陷或官能团的石墨烯材料制成电热膜时，由于分子间作用力或氢键，基团间互相搭接而产生接触电阻，可以一定程度上减小了载流子的隧穿效应，从而成为了电热膜材料的优选。

石墨烯缺陷结构及官能团

石墨烯电热膜的发热机理

与普通电阻丝通电发热机理不同，石墨烯通电后其内部的自由电子发生定向移动并与碳原子发生碰撞、摩擦，将获得的电能转化为热能，而热能又通过控制波长在7-14微米的远红外线以平面方式均匀地辐射至周围空间，然后由周围物体散发辐射热，达到传热效果。由于在此过程中几乎没有任何其他形式的能量（如机械能、光能、化学能等）损失，转化率可超过 99%，同时由于本身较高的电导率、热导率以及超薄特性，相比其他材质，石墨烯可以让电热膜功率密度增大、热响应更快、发热分布更均匀、膜层更薄，性能得到整体提升

石墨烯电热膜的应用

石墨烯电热膜最早用于航空航天等高端领域的加热保温，近年来经过研究发展逐渐在日常生活中得到广泛应用。

1、家用采暖

民用电采暖领域是石墨烯电热膜最广为人知的应用领域之一，作为电热转换设备，将电能转换为热量以供采暖之用。电热膜采暖设备较为轻便，除了可节省空间，轻松地嵌入墙壁、地板或天花板等建筑材料中，还可以制作成不同形式的加热设备，嵌入，如地暖膜、电热毯等，满足不同使用场景要求。除此之外，其均匀的面发热性能、较低的能耗和优异的环保性也使得其与传统采暖方式相比，有着更广阔的应用前景。

2、发热服：

在2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”携着大量黑科技惊艳亮相，其中石墨烯发热服就是其中之一。由于现场气温较低，传统防寒服保暖效果虽好，但填充物多，略显臃肿笨重，而演员们为了灵活地完成表演，需要穿着轻薄、柔软的服装。为了做好演员的防寒保暖工作，主创团队采用了石墨烯智能发热服饰来确保演员在穿着较薄的演出服时不会被冻伤，据悉当时所采用的石墨烯发热服在零下20度的条件下，可发热4小时。

来源：新浪体育

3、除冰领域

结冰是日常生活里常见的一种自然现象，在低温环境下，空气中的过冷水滴会由液态转化为固态从而在物体表面形成冰，在我国北方，每当遭遇寒潮、暴雪等恶劣的天气时，就会有大规模的冰形成，严重威胁着人们的生命财产安全。为了实现快速、高效无污染的除冰将石墨烯电热膜铺设于需要除冰的重要部位上。目前，石墨烯电热膜的除冰功能在多个领域有广阔的应用前景：如飞机机翼表面的除冰，可避免其表面的厚冰层破坏机翼的空气动力学特性，从而导致航空事故的发生；作为路面除雪装置，可取代融雪剂，实现自动融雪化冰防滑的目的。此外，石墨烯电热膜还有望铺设在汽车窗户上，实现除雾和除霜的功能，提高驾驶安全性。

2004年东方航空B-3072号飞机，因起飞前没有经过很好的除冰工作，而发生空难坠毁

使用融雪剂的路面、铺设了石墨烯电热膜的路面（来源：牛墨科技）

4、新能源汽车电池低温预热：

电池组是电动汽车的动力来源，电池性能决定汽车的性能。在热管理领域，对于锂电池的研究通常集中在高温散热上，但其实在在高纬度寒冷地区，低温也会对电池的性能及安全稳定性有着很大影响。当锂电池温度低于低于0℃时，电池放电电压及放电容量降低，影响电动汽车的正常启动及续航时长。将石墨烯电热膜应用于新能源汽车电池组，其是均匀的面发热性能可以实现将电池安全、高效、稳定地由低温加热至电池适宜工作温度区间，确保电池在寒冷条件下仍能正常工作，提高电池的性能和寿命，同时其轻薄的优点也能满足汽车轻量化需求。

低温预热电池结构及实物

参考文献：

1、齐凯. 石墨烯电加热膜的制备与应用[D].北京服装学院.

2、汪靖凯. 石墨烯基电热膜室内采暖应用研究[D].西安建筑科技大学.

3、刘阳坤. 发热导热石墨膜在电动汽车电池热管理的应用研究[D].哈尔滨工业大学.

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