本发明属于红外辐射技术领域，具体地涉及一种红外加热吊顶。
背景技术：
随着社会的发展，人类对能源的依赖性越来越高，但随着化石能源的逐步消耗，能源的成本越来越高，为此人类生活生产活动中对能源的更高效利用迫在眉睫。同时，人们对生产生活的品质要求越来越高，相同能源条件下，舒适性成为了首选。
目前，生活中电加热设备主要是热灯丝、热油等热传导型加热设备，耗电量巨大，加热范围小；同时其红外辐射波长较短，人体舒适性差。
界面加热主要是高辐射材料表面加热，例如纯碳化硅、碳管等。但是其辐射率已经达到了常规加热极限(红外辐射率95％)。为了进一步增强加热，热传导热对流等加热原理必须引入并良好的应用。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种红外加热吊顶，该红外加热吊顶具有多级加热结构，并通过合理设计红外涂料的材料堆叠结构实现了红外辐射加热，为界面材料温度的降低提供了可行的方案，将其喷涂于碳基导电材料表面，可以同时实现高能源转化效率、快速大面积加热、人体舒适感强等优点。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种红外加热吊顶，所述红外加热吊顶由导电层和红外涂料层构成；所述导电层为碳基导电材料，包括石墨烯导电涂料喷涂而成的薄膜、人工石墨膜、碳管膜以及碳纤维和石墨烯纤维等。所述红外涂料层通过离心旋涂层层组装于导电层表面，经固化得到红外加热吊顶。所述红外涂料层以聚硅酸盐层作为底层绝缘层，碳化硅层作为中间层兼绝缘层，可石墨化高分子层作为上层兼铆钉固定层，球形石墨烯贯穿三层结构。球形石墨烯尺寸为2-8μm，由底层、中间层和上层组成的三层结构的总厚度不超过球形石墨烯尺寸的1/3；上层的厚度小于10nm。
进一步地，所述可石墨化高分子层由可石墨化高分子构成，所述可石墨化高分子选自分子量为1000-8000的聚酰亚胺、沥青、或聚丙烯腈。
进一步地，所述聚硅酸盐层为长石(k2o·al2o3·6sio2)层、云母(k2o·2al2o3·6sio2·2h2o)层、高岭土(al2o3·2sio2·22h2o)层、沸石(na2o·al2o3·3sio2·22h2o)层或石榴石(3cao·al2o3·3sio2)层。
进一步地，所述碳化硅层由超支化碳硅烷构成，其分子量小于7000，支化度为1.2-1.7。
进一步地，所述红外加热吊顶的制备方法为：将1重量份球形石墨烯、0.02-0.07重量份可石墨化高分子低聚物、2-4重量份聚铝硅酸盐、1-2重量份超支化碳硅烷以及0.01-0.2份过氧化物交联剂混合均匀，离心喷涂于导电层表面，紫外固化后，进行加热定型，得到红外加热吊顶。所述紫外固化的温度为60-120℃，时间为1-6h。
进一步地，所述过氧化物交联剂包括但不限于：过氧化二异丙苯、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸、2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷。
进一步地，所述球形石墨烯是由浓度为0.1mg/ml-1mg/ml的氧化石墨烯溶液喷雾而成，并经过化学还原和1600-2000℃热处理0.1-4小时后得到。所述球形石墨烯的id/ig值不高于0.05，壁厚小于4个原子层。
进一步地，所述离心的离心力范围为2000-7000rcf。
进一步地，所述加热定型的具体方法为：在0-250℃下，升温速度小于5℃/min，控制保温1-2h；然后升温到500℃，升温速度小于5℃/min，控温保持1-2h；然后快速升温到1300℃，升温速度大于50℃/min，控温保持1-5min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：其一，本发明利用离心喷涂的方式，根据材料密度不同实现了涂层材料的层层定向组装，并最终实现了红外辐射加热；其二，聚铝硅酸盐层起到了隔绝导电发热材料的作用，一方面保护导电发热材料，隔绝外界的破坏作用以及漏电现象，增强安全性；另一方面将热量传递给高辐射的碳化硅层。碳化硅层一方面起到绝缘的作用，保护导电发热材料，另一方面，将热量用辐射的形式向外界快速散发。可石墨化高分子层实为可碳化纳米薄膜，链接球形石墨烯和碳化硅起到铆钉的作用；球形石墨烯有三个作用：其一，将热从界面引导而出，到高比表面积球形石墨烯上，其二，球形石墨烯具有高辐射率，快速高效辐射热量，极大增强碳化硅的辐射效果，其三，球形石墨烯表面具有少量缺陷态结构，再者其外悬挂结构增强了发热材料表面的温度梯度，使得其可以和气体具有良好的热对流作用，进一步增强材料界面加热效果。再有，高温修复过的石墨烯微球等材料具有极好的空气耐氧性，可以在500摄氏度以内全功率长时间工作，因而具有良好的稳定性。
石墨烯球和三层结构的厚度设计，尽可能减弱了界面层的热阻效应，同时增加石墨烯球作为散热主体的地位，提高辐射、对流以及热传导效果。上层的厚度小于10nm，在起到铆钉作用的同时，对碳化硅辐射层没有过多的热阻效应。因此，该红外辐射加吊顶具有节能、高辐射、均匀散热的特点。同时，因为是吊顶的原因，其辐射范围更广，加热效率更高，可以整合到智能家居系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的和效果变得更加明白，下面结合具体实施例进一步详述本发明。
实施例1
本发明提供了一种红外加热吊顶，所述红外加热吊顶由导电层和红外涂料层构成；所述导电层为石墨烯导电涂料喷涂而成的薄膜。所述红外涂料层通过离心旋涂层层组装于导电层表面，经固化得到红外加热吊顶。具体制备方法为：
(1)将浓度为0.1mg/ml的氧化石墨烯溶液在200℃下进行喷雾处理，并经过hi在80℃下还原8h，1600摄氏度还原4h，制备得到球形石墨烯。
经扫描电镜检测证明最终获得球形石墨烯，经拉曼检测检测，该球形石墨烯的id/ig值为0.04，且其尺度为2μm,球形石墨烯壁厚为2个原子层。
(2)取上述1重量份球形石墨烯和0.02重量份分子量为1000的聚酰亚胺、4重量份长石纳米粉、1重量份分子量为6800、支化度为1.2的超支化碳硅烷以及0.01重量份过氧化二异丙苯混合均匀，得到红外涂料。
(3)将步骤(2)获得的红外涂料离心喷涂于石墨烯导电涂料喷涂而成的薄膜表面，设置离心的离心力为2000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为60℃，时间为6h。
(4)随后采用微波加热定型工艺:在250℃下，升温速度为4℃/min，控制保温1h；然后升温到500℃，升温速度为3℃/min，控温保持1h；然后升温到1300℃，升温速度为53℃/min，控温保持1min，得到红外加热吊顶。
上述方法制备得到的红外加热吊顶的结构具体为：以石墨烯导电涂料喷涂而成的薄膜为导电层，以聚硅酸盐层作为底层的绝缘层和热量输入层；碳化硅层作为中间层的绝缘层和红外辐射层，是主要的辐射层，粗糙的表面积加上高辐射率(95％)，极大的提高了辐射加热效率；聚合物层作为上层用于链接碳化硅和球形石墨烯，其厚度为1nm；球形石墨烯贯穿三层结构作为外层辐射层，三层结构的厚度为球形石墨烯厚度的30％，球形石墨烯的比表面积巨大，辐射率高达98％，极大提高了红外辐射加热，同时高比表面积缺陷态石墨烯具有极好的热传导效果，可以和外界气体形成极好的热对流界面，增强加热。
经热成像仪对该红外加热吊顶在给50m2的保温房间10摄氏度作为参考温度进行加热检测，10分钟左右，房间温度上升至26度，温差为3度；而没有红外涂料层的吊顶消耗同样的功率后，其房间温度仅由21度，且温差为7度。因此，该红外加热吊顶可广泛房间的高品质均匀供暖，切具有节能的效果。经过舒适性研究反馈，具有红外涂料层的吊顶其辐射波长在8-16μm左右，正是人体易吸收波长，因此舒适性增强。而未加红外涂料层的吊顶，其辐射波长较短，能量较高，容易灼伤衣物甚至皮肤，因此体感较差。
实施例2
本发明提供了一种红外加热吊顶，所述红外加热吊顶由导电层和红外涂料层构成；所述导电层为人工石墨膜。所述红外涂料层通过离心旋涂层层组装于导电层表面，经固化得到红外加热吊顶。具体制备方法为：
(1)将浓度为1mg/ml氧化石墨烯溶液在180℃下进行喷雾处理，并经过hi在100℃下还原2h，1800摄氏度还原2h，制备得到球形石墨烯。
经sem检测证明最终获得球形高褶皱石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的id/ig值为0.04，且其尺度为5μm,球形石墨烯壁厚为3个原子层。
(2)取上述1重量份球形石墨烯和0.07重量份分子量为7000的沥青、2重量份云母纳米粉、2重量份分子量为5000、支化度为1.7的超支化碳硅烷以及0.2重量份过氧化苯甲酸混合均匀，得到红外涂料。
(3)将步骤(2)获得的混合涂料离心喷涂于人工石墨膜，设置离心的离心力为7000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为120℃，时间为3h。
(4)随后采用高温加热定型工艺：在0℃下，升温速度为4℃/min，控制保温2h；然后升温到500℃，升温速度为3℃/min，控温保持2h；然后升温到1300℃，升温速度为55℃/min，控温保持5min，得到红外加热吊顶。
所述红外吊顶以人工石墨膜为导电层，以聚铝硅盐层作为底层界面融合层，碳化硅层作为中间层兼红外辐射层，可石墨化高分子层作为上层兼铆钉固定层，球形石墨烯贯穿三层结构并作为红外辐射和对流层。由底层、中间层和上层组成的三层结构的总厚度为球形石墨烯尺寸的27％；上层的厚度为7nm。
经热成像仪对该红外加热吊顶在给50m2的保温房间10摄氏度作为参考温度进行加热检测，10分钟左右，房间温度上升至28度，温差为4度；而没有红外涂料层的吊顶消耗同样的功率后，其房间温度仅由22度，且温差为8度。因此，该红外加热吊顶可广泛房间的高品质均匀供暖，切具有节能的效果。经过舒适性研究反馈，具有红外涂料层的吊顶其辐射波长在8-16μm左右，正是人体易吸收波长，因此舒适性增强。而未加红外涂料层的吊顶，其辐射波长较短，能量较高，容易灼伤衣物甚至皮肤，因此体感较差。
实施例3
本发明提供了一种红外加热吊顶，所述红外加热吊顶由导电层和红外涂料层构成；所述导电层为碳管膜。所述红外涂料层通过离心旋涂层层组装于导电层表面，经固化得到红外加热吊顶。具体制备方法为：
(1)将浓度为0.1mg/ml的氧化石墨烯在220℃下进行喷雾处理，并经过hi在90℃下还原4h，2000摄氏度还原0.1h，制备得到球形石墨烯。
经sem检测证明最终获得多褶皱球形石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的id/ig值为0.01，且其尺度为6μm,球形石墨烯壁厚为3个原子层。
(2)取上述1重量份球形石墨烯和0.04重量份分子量为8000的聚丙烯腈、3重量份高岭土纳米粉、1.5重量份分子量为4000、支化度为1.6的超支化碳硅烷以及0.1重量份2,5-二甲基-2,5双(叔丁基过氧基)己烷混合均匀，得到红外涂料。
(3)将步骤(2)获得的红外涂料经离心喷涂，设置离心的离心力为4000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为120℃，时间为2h。
(4)随后采用高温加热定型工艺：在250℃下，升温速度为2℃/min，控制保温1h；然后升温到500℃，升温速度为4.5℃/min，控温保持2h；然后升温到1300℃，升温速度为60℃/min，控温保持2min，得到红外加热吊顶。
所述红外加热吊顶以碳管膜为导电层，以聚铝硅盐层作为底层界面融合层，碳化硅层作为中间层兼红外辐射层，可石墨化高分子层作为上层兼铆钉固定层，球形石墨烯贯穿三层结构并作为红外辐射和对流层。由底层、中间层和上层组成的三层结构的总厚度为球形石墨烯尺寸的25％；上层的厚度为4nm。
经热成像仪对该红外加热吊顶在给50m2的保温房间10摄氏度作为参考温度进行加热检测，10分钟左右，房间温度上升至26度，温差为4度；而没有红外涂料层的吊顶消耗同样的功率后，其房间温度仅由20度，且温差为8度。因此，该红外加热吊顶可广泛房间的高品质均匀供暖，切具有节能的效果。经过舒适性研究反馈，具有红外涂料层的吊顶其辐射波长在8-16μm左右，正是人体易吸收波长，因此舒适性增强。而未加红外涂料层的吊顶，其辐射波长较短，能量较高，容易灼伤衣物甚至皮肤，因此体感较差。
实施例4
本发明提供了一种红外加热吊顶，所述红外加热吊顶由导电层和红外涂料层构成；所述导电层为石墨烯纤维。所述红外涂料层通过离心旋涂层层组装于导电层表面，经固化得到红外加热吊顶。具体制备方法为：
(1)将浓度为0.4mg/ml的氧化石墨烯在300℃下进行喷雾处理，并经过hi在90℃下还原5h，1800摄氏度还原4h，制备得到球形石墨烯。
经sem检测证明最终获得多褶皱球形石墨烯，经拉曼检测，该球形石墨烯的id/ig值为0.02，且其尺度为3μm,球形石墨烯壁厚为2个原子层。
(2)取上述1重量份球形石墨烯和0.07重量份分子量为5000的聚丙烯腈、2重量份石榴石纳米粉、2重量份分子量为6000、支化度为1.3的超支化碳硅烷以及0.016重量份过氧化甲乙酮混合均匀，得到红外涂料。
(3)将步骤(2)获得的红外涂料经离心喷涂，设置离心的离心力为6000rcf，并同时经紫外固化，紫外固化的温度为80℃，时间为4h。
(4)随后采用高温加热定型工艺：在250℃下，升温速度为4℃/min，控制保温1h；然后升温到500℃，升温速度为3℃/min，控温保持1h；然后升温到1300℃，升温速度为55℃/min，控温保持5min，得到红外加热吊顶。
所述红外加热吊顶以石墨烯纤维为导电层，以聚铝硅盐层作为底层界面融合层，碳化硅层作为中间层兼红外辐射层，可石墨化高分子层作为上层兼铆钉固定层，球形石墨烯贯穿三层结构并作为红外辐射和对流层。由底层、中间层和上层组成的三层结构的总厚度为球形石墨烯尺寸的33％；上层的厚度为9nm。
经热成像仪对该红外加热吊顶在给50m2的保温房间10摄氏度作为参考温度进行加热检测，10分钟左右，房间温度上升至27度，温差为2.8度；而没有红外涂料层的吊顶消耗同样的功率后，其房间温度仅由21.8度，且温差为7.2度。因此，该红外加热吊顶可广泛房间的高品质均匀供暖，切具有节能的效果。经过舒适性研究反馈，具有红外涂料层的吊顶，其辐射波长在8-16μm左右，正是人体易吸收波长，因此舒适性增强。而未加红外涂料层的吊顶，其辐射波长较短，能量较高，容易灼伤衣物甚至皮肤，因此体感较差。