電熱膜是由電絕緣材料與封裝在其中的發熱電阻材料組成的平面型電熱轉換元件，通電后，會以熱對流和熱輻射的形式提供熱量，有易于控制調節且不污染環境的優點，在供熱領域逐漸得到了廣泛應用。目前，市面上最常見的發熱膜大致有金屬絲電熱膜、碳纖維電熱膜、碳晶電熱膜、石墨烯電熱膜幾種，其中金屬絲和碳纖維的加熱方式為線狀加熱，有發熱不均勻、局部溫度過高等缺點，而碳晶電熱膜雖為面狀發熱，但因其導電性較差，電熱轉換能力較低，難以滿足快速發展的電熱產品的需求，因此具有優異熱導率和電導率的石墨烯成為了電熱膜如今的首選材料。

石墨烯材料的選擇

理想的純石墨烯電導率可高達5300W/m·K，電導率可達 10⁶S/m，載流子遷移率達 15000cm2 /(V·s)，是目前世界上導熱、導電性能最好、強度最大的材料。但作為電熱產品通電發熱，通常電導率也不宜太高，若整個電路中石墨烯基電熱膜電阻于普通導線電阻，則會導致原先的導線變成了負載，而石墨烯變成了導線，不再起加熱作用，因此用于制成電熱膜的石墨烯材料通常要求適當降低其導電性。

目前，石墨烯常采用的化學法在制備過程中需要發生氧化-還原反應，產物往往會存在有部分缺陷或含有羥基、羧基等含氧有機官能團。在使用這些含有缺陷或官能團的石墨烯材料制成電熱膜時，由于分子間作用力或氫鍵，基團間互相搭接而產生接觸電阻，可以一定程度上減小了載流子的隧穿效應，從而成為了電熱膜材料的優選。

石墨烯缺陷結構及官能團

石墨烯電熱膜的發熱機理

與普通電阻絲通電發熱機理不同，石墨烯通電后其內部的自由電子發生定向移動并與碳原子發生碰撞、摩擦，將獲得的電能轉化為熱能，而熱能又通過控制波長在7-14微米的遠紅外線以平面方式均勻地輻射至周圍空間，然后由周圍物體散發輻射熱，達到傳熱效果。由于在此過程中幾乎沒有任何其他形式的能量（如機械能、光能、化學能等）損失，轉化率可超過 99%，同時由于本身較高的電導率、熱導率以及超薄特性，相比其他材質，石墨烯可以讓電熱膜功率密度增大、熱響應更快、發熱分布更均勻、膜層更薄，性能得到整體提升

石墨烯電熱膜的應用

石墨烯電熱膜最早用于航空航天等高端領域的加熱保溫，近年來經過研究發展逐漸在日常生活中得到廣泛應用。

1、家用采暖

民用電采暖領域是石墨烯電熱膜最廣為人知的應用領域之一，作為電熱轉換設備，將電能轉換為熱量以供采暖之用。電熱膜采暖設備較為輕便，除了可節省空間，輕松地嵌入墻壁、地板或天花板等建筑材料中，還可以制作成不同形式的加熱設備，嵌入，如地暖膜、電熱毯等，滿足不同使用場景要求。除此之外，其均勻的面發熱性能、較低的能耗和優異的環保性也使得其與傳統采暖方式相比，有著更廣闊的應用前景。

2、發熱服：

在2018年平昌冬奧會閉幕式上，“北京8分鐘”攜著大量黑科技驚艷亮相，其中石墨烯發熱服就是其中之一。由于現場氣溫較低，傳統防寒服保暖效果雖好，但填充物多，略顯臃腫笨重，而演員們為了靈活地完成表演，需要穿著輕薄、柔軟的服裝。為了做好演員的防寒保暖工作，主創團隊采用了石墨烯智能發熱服飾來確保演員在穿著較薄的演出服時不會被凍傷，據悉當時所采用的石墨烯發熱服在零下20度的條件下，可發熱4小時。

來源：新浪體育

3、除冰領域

結冰是日常生活里常見的一種自然現象，在低溫環境下，空氣中的過冷水滴會由液態轉化為固態從而在物體表面形成冰，在我國北方，每當遭遇寒潮、暴雪等惡劣的天氣時，就會有大規模的冰形成，嚴重威脅著人們的生命財產安全。為了實現快速、高效無污染的除冰將石墨烯電熱膜鋪設于需要除冰的重要部位上。目前，石墨烯電熱膜的除冰功能在多個領域有廣闊的應用前景：如飛機機翼表面的除冰，可避免其表面的厚冰層破壞機翼的空氣動力學特性，從而導致航空事故的發生；作為路面除雪裝置，可取代融雪劑，實現自動融雪化冰防滑的目的。此外，石墨烯電熱膜還有望鋪設在汽車窗戶上，實現除霧和除霜的功能，提高駕駛安全性。

2004年東方航空B-3072號飛機，因起飛前沒有經過很好的除冰工作，而發生空難墜毀

使用融雪劑的路面、鋪設了石墨烯電熱膜的路面（來源：牛墨科技）

4、新能源汽車電池低溫預熱：

電池組是電動汽車的動力來源，電池性能決定汽車的性能。在熱管理領域，對于鋰電池的研究通常集中在高溫散熱上，但其實在在高緯度寒冷地區，低溫也會對電池的性能及安全穩定性有著很大影響。當鋰電池溫度低于低于0℃時，電池放電電壓及放電容量降低，影響電動汽車的正常啟動及續航時長。將石墨烯電熱膜應用于新能源汽車電池組，其是均勻的面發熱性能可以實現將電池安全、高效、穩定地由低溫加熱至電池適宜工作溫度區間，確保電池在寒冷條件下仍能正常工作，提高電池的性能和壽命，同時其輕薄的優點也能滿足汽車輕量化需求。

低溫預熱電池結構及實物

參考文獻：

1、齊凱. 石墨烯電加熱膜的制備與應用[D].北京服裝學院.

2、汪靖凱. 石墨烯基電熱膜室內采暖應用研究[D].西安建筑科技大學.

3、劉陽坤. 發熱導熱石墨膜在電動汽車電池熱管理的應用研究[D].哈爾濱工業大學.

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