基于碳材料的柔性電加熱元件的研究進(jìn)展

王 瑞 ，倪海粟 ，楊 穎 ，劉 皓

（1.天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)智能可穿戴電子紡織品研究所，天津300387）

長(zhǎng)久以來(lái)，人們依靠添加衣物來(lái)抵抗嚴(yán)寒，但厚重的衣物會(huì)影響人體的靈活性，增加人體負(fù)擔(dān)。隨著電子技術(shù)和材料科學(xué)的迅速發(fā)展，研究人員研發(fā)出柔性電加熱元件，將其集成于服裝中提供穩(wěn)定持續(xù)的熱源，創(chuàng)造出適宜人體的微氣候環(huán)境。目前，制備柔性電加熱元件的導(dǎo)電材料主要為金屬類(lèi)材料、導(dǎo)電高聚物和碳材料。然而，金屬絲發(fā)熱不勻、易彎折；金屬納米材料昂貴且制備工藝復(fù)雜；導(dǎo)電高聚物的導(dǎo)電率往往不理想。與金屬類(lèi)材料和導(dǎo)電高聚物相比，碳材料具有熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好、密度小等優(yōu)勢(shì)[1-2]。自1999年以來(lái)，Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了數(shù)百篇關(guān)于柔性電加熱元件的文章，其中42%的文章關(guān)注碳基柔性電加熱元件，尤其在近10年，碳基柔性電加熱元件受到了極大的關(guān)注，其中采用石墨烯和碳纖維制作的電加熱服裝等電加熱產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)在市面上。目前，研究人員已經(jīng)成功采用涂層、織造和縫紉等方法將不同碳材料與柔性基底材料結(jié)合，希望得到具有優(yōu)良電加熱性能的碳基柔性電加熱元件。

本文綜述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外碳基柔性電加熱元件的研究進(jìn)展，總結(jié)碳基柔性電加熱元件的加熱機(jī)理、常用碳材料、制備方法，最后介紹了碳基柔性電加熱元件在防寒保暖、醫(yī)療保健和體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1 加熱機(jī)理

目前應(yīng)用于加熱服裝的加熱技術(shù)包括太陽(yáng)能加熱、電加熱、化學(xué)能加熱、相變材料加熱和流體加熱，其中電加熱技術(shù)因?yàn)榫哂星鍧嵀h(huán)保、加熱效率高、溫度可調(diào)等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用[3]。柔性電加熱元件能實(shí)現(xiàn)加熱效果是依據(jù)了焦耳加熱原理，即自由電子在外加電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，電子與聲子發(fā)生碰撞，將能量傳遞到導(dǎo)體中，使導(dǎo)體溫度升高[4]。低電壓、適宜的穩(wěn)態(tài)溫度、響應(yīng)速度快、安全可靠是制備柔性電加熱元件追求的目標(biāo)。柔性電加熱元件的加熱性能與其電阻、尺寸和施加電壓等因素密切相關(guān)，在其他條件相同的情況下，柔性電加熱元件所能達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫度是由輸入功率直接決定的，元件的電阻越小，可達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫度越高，施加電壓越大，穩(wěn)態(tài)溫度越高[5]。Liu等[6]根據(jù)傳熱學(xué)理論解釋各向異性柔性加熱材料的傳熱機(jī)理，并推導(dǎo)出柔性電加熱元件表面最大平衡溫度的表達(dá)式，表明可以通過(guò)調(diào)節(jié)施加電壓調(diào)節(jié)柔性電加熱元件的穩(wěn)態(tài)溫度。需要注意的是，在相同輸入功率下，柔性電加熱元件的電阻越小，對(duì)應(yīng)的施加電壓越小，這對(duì)柔性電加熱元件的實(shí)際應(yīng)用非常重要。此外，設(shè)計(jì)加熱元件時(shí)要充分考慮熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱、材料結(jié)構(gòu)以及隔熱性等因素的影響。比如，具有反射表面結(jié)構(gòu)和多孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)的纖維和織物可與加熱材料結(jié)合，以最大限度地產(chǎn)熱并減少織物間的熱損失。

2 碳基柔性電加熱元件常用碳材料

導(dǎo)電材料是柔性電加熱元件的核心。碳納米管（CNT）和石墨烯是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，近20年來(lái)在碳基柔性電加熱元件研究中占比分別達(dá)到40.35%和35.09%，此外，碳纖維、炭黑、石墨以及其他碳材料也在碳基柔性電加熱元件的研究中發(fā)揮作用，如圖1所示。

2.1 石墨烯和碳納米管

一維的CNT和二維的石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和柔韌性，是制備碳基柔性電加熱元件最常用的碳納米材料。目前，既可以通過(guò)化學(xué)氣相沉積和卷對(duì)卷生產(chǎn)等方式[7]制備石墨烯加熱薄膜，也可以采用浸涂和噴涂等方式[8-9]將石墨烯沉積在柔性基底上制備柔性電加熱元件。當(dāng)碳基柔性電加熱元件的導(dǎo)電材料為還原氧化石墨烯（rGO）時(shí)，常需要采用化學(xué)還原等方法將氧化石墨烯（GO）還原為rGO。人們還研究出比表面積較大且化學(xué)性質(zhì)可調(diào)的rGO薄片，通過(guò)涂層工藝來(lái)修飾柔性基底[10]。此外，石墨烯加熱紙也有望應(yīng)用于柔性電加熱元件[11]。

CNT具有導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重量輕等特點(diǎn)[12]。研究人員可以通過(guò)浸涂和絲網(wǎng)印刷等涂層方式將含有CNT的溶液或油墨沉積于柔性基底表面制成柔性電加熱元件。Ilanchezhiyan等[13]使用單壁碳納米管（SWCNT）分散體對(duì)棉織物進(jìn)行功能化整理，經(jīng)過(guò)10次浸涂處理的加熱織物在低輸入功率下可有效快速加熱，兼具重量輕、柔軟和加熱穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。Jung等[14]采用多壁碳納米管（MWCNT）制備的透明加熱薄膜，具有功耗低和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，其中由五層MWCNT片材制成的加熱膜的電阻率約172 Ω/sq，該加熱膜在10V電壓下10s內(nèi)可升溫至42℃，從22℃升溫至160℃電阻變化率僅8%。

2.2 碳纖維

傳統(tǒng)的金屬絲線(xiàn)類(lèi)電加熱元件具有易斷線(xiàn)、加熱不勻、使用壽命短等缺點(diǎn)。作為一種高性能纖維，碳纖維質(zhì)輕柔軟、耐高溫、抗拉強(qiáng)度高，利用其制備的柔性電加熱元件不僅升溫迅速、熱轉(zhuǎn)化效率高、壽命長(zhǎng)，還能夠發(fā)射遠(yuǎn)紅外線(xiàn)，具有保健理療功能。Yang[15]詳細(xì)分析了碳纖維加熱材料的性能、分類(lèi)以及能源供應(yīng)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用介紹了碳纖維加熱服裝的主要工藝、散熱原理和設(shè)計(jì)方法。除了采用機(jī)織等方式制備碳纖維加熱織物，還可將碳纖維與其他纖維材料、導(dǎo)電材料結(jié)合制備具有碳纖維發(fā)熱紙。湯龍其等[16]在碳纖維紙上氣相聚合生成聚吡咯，制得的聚吡咯/碳纖維紙復(fù)合材料的電阻率可達(dá)到0.139 Ω·cm，在10 V電壓下其表面溫度可從28.1℃升至54.6℃，重復(fù)使用60 h后電阻變化率小于6.3%。

碳納米纖維是指具有納米尺度的碳纖維，與普通碳纖維相比，碳納米纖維不僅具有密度低、導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)良等特性，還具有長(zhǎng)徑比大、石墨化結(jié)構(gòu)完善和缺陷數(shù)量少等優(yōu)勢(shì)[17]。Qiu等[18]采用靜電紡絲法和碳化法制備了嵌入無(wú)機(jī)納米顆粒的聚丙烯腈（PAN）碳納米纖維，然后利用兩層聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）織物和碳納米纖維夾層制備出一種紅外輻射加熱織物，該加熱織物柔軟、透氣、熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，電熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)78.99%。

2.3 炭黑和石墨

炭黑成本相對(duì)較低，是各種碳/聚合物基電熱復(fù)合材料最常用的導(dǎo)電碳填料之一，也可與石墨烯等碳材料混合使用[19]。目前可以通過(guò)刮涂和絲網(wǎng)印刷等涂層方式將含有炭黑粒子的導(dǎo)電溶液或油墨涂覆在織物、紗線(xiàn)、薄膜等柔性基底上，得到碳基柔性電加熱元件。Xiao等[20]以Super-P（SP）納米粒子為導(dǎo)電填料、熱塑性聚氨酯（TPU）為聚合物基體制備導(dǎo)電漿料，然后將導(dǎo)電漿料刮涂在PET膜上，制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的柔性加熱薄膜。SP納米粒子所形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)能快速地將電能轉(zhuǎn)化為熱能，制備的柔性加熱薄膜電阻率可達(dá)25 Ω/sq，在10 V電壓下2 min內(nèi)可升溫至約50℃。

石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐高溫性，已廣泛應(yīng)用于電加熱器，但將石墨作為發(fā)熱材料制作柔性電加熱元件的相關(guān)報(bào)道較少。有日本學(xué)者嘗試使用商用粘合劑將石墨粉末印刷在棉、尼龍、滌綸織物上制作柔性加熱織物，其中滌綸加熱織物在100 V電壓下，1 h后表面溫度才達(dá)到40℃[21]。

2.4 其他碳材料

圖2展示了不同碳材料制備的碳基柔性電加熱元件，同時(shí)總結(jié)了部分常見(jiàn)碳基柔性電加熱元件及其性能，如表1所示。除了CNT、石墨烯、碳纖維、炭黑和石墨這幾種常用碳材料，碳海綿、電弧離子鍍碳基涂層等也應(yīng)用于碳基柔性電加熱元件。

圖2 不同碳材料制備的碳基柔性電加熱元件Fig.2 Carbon-based flexible electric heating elements made from different carbon materials

Li等[22]以廢紙為原料，通過(guò)冷凍干燥和高溫?zé)峤夤に嚨玫綄?dǎo)電碳海綿，然后用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝碳海綿，制備出碳海綿/PDMS復(fù)合材料，用該復(fù)合材料制作的加熱腕帶在15 V電壓下，10 min內(nèi)可升溫至45℃，可以應(yīng)用于熱療。Wang等[23]采用電弧離子鍍技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)C2H2流速和沉積時(shí)間在玻璃纖維織物上制備碳基涂層。當(dāng)C2H2流速為50 mL/min，沉積時(shí)間為60 min時(shí)，碳基涂層的電阻達(dá)到6.8 Ω，在4 V電壓下可升溫至約56℃。

表1 碳基柔性電加熱元件及其性能Tab.1 Performance of carbon-based flexible electric heating elements

3 碳基柔性電加熱元件的制備方法

3.1 涂層方法

制備柔性加熱織物面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何在賦予織物加熱功能的同時(shí)，不損害或最大限度地保持織物的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、透氣性和可洗性[10]。涂層方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閹缀跛锌椢锒伎勺鳛榛?，而不需要額外的織造或編織過(guò)程，可以在保持織物基底柔性和強(qiáng)度的同時(shí)賦予其加熱性能[30]。制備碳基柔性電加熱元件常用涂層類(lèi)方法包括浸漬法、噴涂法、刮涂法和絲網(wǎng)印刷法等方法，如圖3所示。

浸漬法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需復(fù)雜貴重的設(shè)備，可通過(guò)改變浸漬液濃度、浸漬時(shí)間、浸漬次數(shù)、干燥條件等確定最優(yōu)工藝參數(shù)。但采用此方法一般需要多次浸漬、連續(xù)浸漬才能達(dá)到足夠的負(fù)載量，改善導(dǎo)電涂層的粘附性。當(dāng)浸漬/干燥循環(huán)過(guò)多時(shí)比較耗時(shí)，而且導(dǎo)電涂層的均勻性較難控制，影響發(fā)熱效果。Kim等[31]采用浸漬法制備了導(dǎo)電芳綸織物，將芳綸織物在石墨烯/水性聚氨酯（WPU）復(fù)合溶液中浸漬再進(jìn)行熱壓，多次浸涂和熱壓處理有效提高了織物的導(dǎo)電性能，浸涂5次，140℃熱壓處理得到的芳綸織物在50 V電壓下20 min內(nèi)表面溫度可達(dá)54.8℃。

圖3 制備碳基柔性電加熱元件常用涂層類(lèi)方法Fig.3 Common coating methods for fabricating carbon-based flexible electric heating elements

噴涂法所需設(shè)備和工藝操作比較簡(jiǎn)單，涂層均勻，效率高，可通過(guò)調(diào)節(jié)噴霧槍的噴霧壓力、流量、噴霧距離、噴涂次數(shù)和溶液濃度等工藝參數(shù)，確定制備加熱元件的較優(yōu)工藝參數(shù)。但噴涂法液體損耗量大，噴霧分散在空氣中可能污染環(huán)境，對(duì)人體產(chǎn)生不利影響。Tian等[32]為了提高石墨烯/聚氨酯（PU）導(dǎo)電棉織物的加熱性能，在棉織物表面先后噴涂石墨烯/PU漿料和GO溶液，制備出具有三層結(jié)構(gòu)的加熱織物，GO層改善了加熱織物的加熱性能，加熱織物在12 V電壓下2 min可升溫至162.6℃，加熱性能明顯優(yōu)于石墨烯/PU導(dǎo)電棉織物。

刮涂法適用于輕薄涂層，涂層厚度受涂覆速率、刀口與基底間距、溶液濃度等因素影響。該方法原材料利用率高，可與卷對(duì)卷加工技術(shù)結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)，但用刮涂法制備大面積元件時(shí)薄膜不太均勻[33]。Kim等[34]采用刮涂法將石墨烯/WPU復(fù)合溶液涂覆在滌綸織物表面，然后對(duì)涂層織物進(jìn)行熱退火處理，當(dāng)石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%時(shí)，制備的滌綸加熱織物在50 V電壓下30 min內(nèi)可升溫至71.3℃，而且具有類(lèi)似人造皮革的韌性。

絲網(wǎng)印刷法具有簡(jiǎn)單通用、成本低和可規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可以將導(dǎo)電圖案直接印刷在柔性基底表面[35-36]。涂層的性能主要受印刷工藝參數(shù)、導(dǎo)電油墨、印刷圖案和基底的影響。Filipowska等[37]采用絲網(wǎng)印刷法在棉織物和滌綸織物表面印刷CNT導(dǎo)電油墨，探討了不同導(dǎo)電圖案、線(xiàn)長(zhǎng)和線(xiàn)寬對(duì)織物導(dǎo)電性能的影響。Sadi等[24]通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在棉織物表面印刷SWCNT油墨，印刷3次后織物的表面電阻達(dá)到50.75 Ω/sq，該復(fù)合織物兼具電加熱性能和應(yīng)變傳感性能，在6 V電壓下2 min內(nèi)可升溫至100℃。

涂層類(lèi)方法雖簡(jiǎn)便易行，但存在著部分加熱元件耐磨性差、手感硬、涂層不均勻的問(wèn)題。因此，在未來(lái)的研究中，應(yīng)合理選擇基底材料與碳材料，著重提高碳材料的分散性并不斷完善涂層工藝。

3.2 織造、縫紉

通過(guò)織機(jī)、縫紉機(jī)將導(dǎo)電發(fā)熱纖維或紗線(xiàn)織入織物，可以賦予織物電加熱性能。常見(jiàn)的碳基纖維包括碳纖維、石墨烯纖維和CNT纖維，其中碳纖維的應(yīng)用較為廣泛。崔志英等[38]以滌綸為經(jīng)紗，以石墨烯纖維和玻璃纖維為緯紗，制備出一種石墨烯加熱織物，將該加熱織物集成于服裝中，在-5℃的低溫條件下仍能保持良好的舒適感。除了利用碳基纖維和其他纖維共同織造加熱織物外，還可利用碳基纖維織造全碳基纖維織物，但利用紡織技術(shù)自動(dòng)化地制備全碳基纖維織物仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。Luo等[39]的研究解決了這一問(wèn)題，他們采用浮動(dòng)催化劑化學(xué)氣相沉積法制備CNT纖維，并通過(guò)全自動(dòng)緯編針織機(jī)成功地織造出柔性好、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良的全CNT纖維加熱織物。

此外，還可以通過(guò)浸漬等方法，將碳材料與普通的紡織纖維或紗線(xiàn)結(jié)合制備導(dǎo)電纖維或紗線(xiàn)，再利用導(dǎo)電纖維或紗線(xiàn)制備柔性加熱織物。Lima等[40]采用超聲波輔助浸漬法將CNT摻入棉紗，然后在棉紗表面界面聚合聚吡咯，制得的導(dǎo)電棉紗電導(dǎo)率達(dá)到10.44S/cm，在3.5 V電壓下1 min內(nèi)可升溫至75℃，將該導(dǎo)電棉紗縫紉在手套的手指部位可以制作電加熱手套。

目前，采用織造、縫紉的方法制備碳基柔性電加熱元件，對(duì)碳基導(dǎo)電纖維或紗線(xiàn)的導(dǎo)電性、柔性和耐久性要求較高，制備工藝和材料性能的改進(jìn)空間較大。

3.3 其他方法

真空過(guò)濾法和碳化法較少使用，但為碳基柔性電加熱元件的探索與發(fā)展提供了新思路。真空過(guò)濾法或抽濾法的固液分離速度和效率較高，可以將石墨烯等碳材料沉積在柔性基底上。Wang等[9]通過(guò)抽濾使GO水溶液滲透到PET織物中，再經(jīng)過(guò)化學(xué)還原得到多功能的rGO/PET織物。當(dāng)GO質(zhì)量濃度為2 g/L時(shí)，rGO/PET織物的方阻低至50 Ω/sq，在6 V電壓下3 s內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫度約50℃，經(jīng)100次彎曲/釋放和10次折疊/釋放循環(huán)后仍具有良好的導(dǎo)電性。碳化工藝可以將不導(dǎo)電的纖維素等材料轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電的碳化材料，在惰性氣體環(huán)境下高溫碳化現(xiàn)成的織物，將其作為導(dǎo)電碳材料為碳基柔性電加熱元件的制備提供了新思路，但碳化材料易粉末化且強(qiáng)力較差，后續(xù)必須進(jìn)行處理才能發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值[41]。

此外，化學(xué)氣相沉積[7]、靜電層層自組裝[42]等方法也被應(yīng)用于制備碳基柔性電加熱元件。

4 柔性電加熱元件的應(yīng)用

4.1 防寒保暖

在寒冷的冬季或其他低溫環(huán)境中，如將柔性電加熱元件與服裝服飾結(jié)合，主動(dòng)加熱有加熱需求的部位，可以改善人體的熱舒適性。目前，市面上出現(xiàn)了電加熱馬甲、電加熱手套等電加熱產(chǎn)品，以滿(mǎn)足人體不同部位的加熱需求，如圖4所示。Ahn等[27]在棉手套的手指和手背部位噴涂銀納米線(xiàn)（AgNW）/CNT納米復(fù)合材料，連接銅電極后用Ecoflex封裝，制作了電加熱手套（如圖4（a）所示）。Ma等[43]以碳纖維和橡膠為原料制備了一種碳纖維/橡膠復(fù)合電加熱元件，該電加熱元件可以用于制作電加熱服裝、電加熱護(hù)膝、電加熱鞋墊。此外，在使用電加熱服裝時(shí)需要考慮電能供應(yīng)問(wèn)題，綜合考慮加熱部位、加熱方式與人體的熱舒適性之間的關(guān)系，在節(jié)約電力和減少不適感間保持平衡。

圖4 碳基柔性電加熱元件的實(shí)際應(yīng)用Fig.4 Practical application of carbon-based flexible electric heating elements

4.2 醫(yī)療保健

熱療法是通過(guò)局部加熱達(dá)到理療效果，可以促進(jìn)血液循環(huán)、加速傷口愈合、減輕關(guān)節(jié)損傷引起的疼痛。柔性電加熱元件輕薄柔軟，穿戴舒適，且可均勻地向皮膚傳遞熱量來(lái)保持身體溫度，達(dá)到理療效果。張穎[44]以石墨烯/莫代爾混紡織物為加熱層制作了一款用于頸部熱敷的加熱護(hù)頸帶，該護(hù)頸帶以12 V鋰電池為電源，并結(jié)合了微型溫控器控制其加熱溫度。加熱腕帶可有效緩解腱鞘疼痛等手腕不適癥狀。Xiao等[20]將其制備的TPU/SP復(fù)合柔性加熱薄膜與印刷有熱變色油墨的薄膜結(jié)合，制作了一款加熱腕帶，可以通過(guò)觀察圖案顏色監(jiān)測(cè)加熱溫度。值得關(guān)注的是，碳纖維、石墨烯等部分碳材料具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能，使用這類(lèi)碳材料制作的碳基柔性電加熱元件還可增強(qiáng)電加熱產(chǎn)品的理療效果。

4.3 體育運(yùn)動(dòng)

在日常訓(xùn)練和體育賽事中，運(yùn)動(dòng)員在準(zhǔn)備階段做熱身運(yùn)動(dòng)可以調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，防止運(yùn)動(dòng)損傷，甚至提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，其主要機(jī)制是增加肌肉溫度[45]。Wilkins等[46]的研究表明，在標(biāo)準(zhǔn)化游泳熱身后30 min的過(guò)渡期使用電加熱夾克對(duì)游泳運(yùn)動(dòng)員的上半身加熱，可以提高運(yùn)動(dòng)員的上半身力量，此實(shí)驗(yàn)中男運(yùn)動(dòng)員在過(guò)渡期穿著電加熱夾克后，50 m自由泳的成績(jī)提高了1.01%。在潛水運(yùn)動(dòng)中，如穿著置入電加熱元件的潛水服，可以有效改善潛水者的舒適感，防止水溫較低引發(fā)的顫抖抽筋，提高水底停留時(shí)間。在冰雪運(yùn)動(dòng)比賽期間，比賽場(chǎng)地的低溫影響運(yùn)動(dòng)員的身體健康和運(yùn)動(dòng)成績(jī)，如給運(yùn)動(dòng)員配備電加熱產(chǎn)品有望減少低溫帶來(lái)的不利影響。

5 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了碳基柔性電加熱元件的最新研究進(jìn)展，對(duì)碳基柔性電加熱元件的加熱機(jī)理、常用碳材料、制備方法和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。目前，制作碳基柔性電加熱元件的碳材料主要為石墨烯、碳納米管、碳纖維等材料。在制備方法方面，研究人員主要通過(guò)浸漬法、噴涂法、刮涂法等涂層方法將碳材料涂覆沉積于織物、薄膜等柔性基底表面，或以碳基導(dǎo)電纖維為導(dǎo)電材料，采用織造、縫紉等方法制備柔性加熱織物。作為柔性電加熱元件的重要組成部分，碳基柔性電加熱元件在防寒保暖、醫(yī)療保健、體育運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域中展現(xiàn)出良好的研究與發(fā)展前景。在未來(lái)的研究中，構(gòu)建具有優(yōu)良加熱性能、耐久性能和實(shí)用性能的碳基柔性電加熱元件，還需要在材料的選擇與處理、制備工藝、封裝與集成技術(shù)等方面尋找突破點(diǎn)，使碳基柔性電加熱元件朝著多功能、智能化、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。