專(zhuān)利名稱(chēng)：面熱源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面熱源，尤其涉及一種基于碳納米管的面熱源。
背景技術(shù)：
熱源在人們的生產(chǎn)、生活、科研中起著重要的作用。面熱源是熱源的一 種，其特點(diǎn)為面熱源具有一平面結(jié)構(gòu)，將待加熱物體置于該平面結(jié)構(gòu)的上方 對(duì)物體進(jìn)行加熱，因此，面熱源可對(duì)待加熱物體的各個(gè)部位同時(shí)加熱，加熱 面廣、加熱均勻且效率較高。面熱源已成功用于工業(yè)領(lǐng)域、科研領(lǐng)域或生活 領(lǐng)域等，如電加熱器、紅外治療儀、電暖器等。
現(xiàn)有面熱源一般包括一加熱層和至少兩個(gè)電極，該至少兩個(gè)電極設(shè)置于 該加熱層的表面，并與該加熱層的表面電連接。當(dāng)連接加熱層上的電極通入 低電壓電流時(shí)，熱量立刻從加熱層釋放出來(lái)?，F(xiàn)有的面熱源的電極通常采用
一金屬片、金屬絲、金屬膜、銦錫氧化物(ITO)層、銻錫氧化物(ATO) 層、導(dǎo)電銀膠層或?qū)щ娋酆衔飳拥?。然而，采用金屬片、金屬絲、金屬膜、 銦錫氧化物(ITO)層、銻錫氧化物(ATO)層、導(dǎo)電銀膠層或?qū)щ娋酆衔?層作為面熱源的電極具有以下缺點(diǎn)第一，該電極的電阻率較大，所以對(duì)電 能的損耗也較大。第二，該電極的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度差，長(zhǎng)期折疊容易斷裂， 使用壽命短，不易應(yīng)用于柔性面熱源。第三，該電極的密度較大，重量大， 使用不便。
有鑒于此，確有必要提供一種面熱源，且該面熱源的電極電阻率較小， 柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度高，長(zhǎng)期折疊不易斷裂，且密度小，重量輕。

發(fā)明內(nèi)容
一種面熱源，包括一加熱層；以及，至少兩個(gè)電極，該至少兩個(gè)電極間 隔設(shè)置，且分別與加熱層電連接；其中，所述的至少兩個(gè)電極中，至少一個(gè) 電極包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述的面熱源具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，碳納米管具有極好的導(dǎo)電性，所以該電極的電阻小，有利于降低功耗，提高發(fā)熱效率。其 二，碳納米管的優(yōu)異的力學(xué)特性使得碳納米管結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性和機(jī)械 強(qiáng)度，故，采用碳納米管結(jié)構(gòu)作電極，可以相應(yīng)的提高面熱源，尤其是柔性
面熱源的耐用性，所以該面熱源使用壽命長(zhǎng)；其三，碳納米管密度小，所以 該面熱源重量輕，使用方便。


圖1是本技術(shù)方案實(shí)施例的面熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1沿II-II線的剖面示意圖。
圖3為本技術(shù)方案實(shí)施例的碳納米管薄膜的掃描電鏡照片。
圖4為本技術(shù)方案實(shí)施例的束狀結(jié)構(gòu)的碳納米管長(zhǎng)線的掃描電鏡照片。
圖5為本技術(shù)方案實(shí)施例的絞線結(jié)構(gòu)的碳納米管長(zhǎng)線的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)方案所提供的面熱源。
請(qǐng)參閱圖1及圖2，本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種面熱源10,該面熱源 10包括一基底18、 一反射層17、 一加熱層16、 一第一電極12、 一第二電極 14和一絕緣保護(hù)層15。所述反射層17設(shè)置于基底18的表面。所述加熱層 16設(shè)置于所述反射層17的表面。所述第一電極12和第二電極14間隔設(shè)置 于所述加熱層16的表面，并與該加熱層16電4妄觸，用于4吏所述加熱層16 中流過(guò)電流。所述絕緣保護(hù)層15設(shè)置于所述加熱層16的表面，并將所述第 一電極12和第二電極14覆蓋，用于避免所述加熱層16吸附外界雜質(zhì)。
所述基底18形狀不限，其具有一表面用于支撐加熱層16或者反射層 17。優(yōu)選地，所述基底18為一板狀基底，其材料可為硬性材料，如陶資、 玻璃、樹(shù)脂、石英等，亦可以選擇柔性材料，如塑料或柔性纖維等。當(dāng)為 柔性材料時(shí)，該面熱源10在使用時(shí)可根據(jù)需要彎折成任意形狀。其中，基 底18的大小不限，可依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改變。本實(shí)施例優(yōu)選的基底18為一 陶瓷基板。另外，當(dāng)加熱層16具有一定的自支撐性及穩(wěn)定性時(shí)，所述面熱 源10中的基底18為一可選擇的結(jié)構(gòu)。
所述反射層17的設(shè)置用來(lái)反射加熱層16所發(fā)的熱量，從而控制加熱的方向，用于單面加熱，并進(jìn)一步提高加熱的效率。所述反射層17的材料為 一白色絕緣材料，如金屬氧化物、金屬鹽或陶瓷等。本實(shí)施例中，反射層 17為三氧化二鋁層，其厚度為100微米 0.5毫米。該反射層17可通過(guò)濺射 或其他方法形成于該基底18表面。可以理解，所述反射層17也可設(shè)置在基 底18遠(yuǎn)離加熱層16的表面，即所述基底18設(shè)置于所述加熱層16和所述反 射層17之間，進(jìn)一步加強(qiáng)反射層17反射熱量的作用。當(dāng)面熱源IO不包括 基底18時(shí)，所述加熱層16可直接設(shè)置于所述反射層17的表面。所述反射 層17為一可選擇的結(jié)構(gòu)。所述加熱層16可直接設(shè)置在基底18的表面，此 時(shí)面熱源10的力口熱方向不限，可用于^又面力口熱。
所述加熱層16的材料不限，其可以為金屬絲層、電熱膜、碳纖維層或 碳納米管層。當(dāng)采用碳納米管層作為加熱層16時(shí)，該碳納米管層包括多個(gè) 均勻分布的碳納米管。該碳納米管層中的碳納米管有序排列或無(wú)序排列。該 碳納米管層的厚度為0.01孩i米 2毫米。該碳納米管層中的碳納米管包括單 壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納 米管的直徑為0.5納米~10納米，雙壁^灰納米管的直徑為1.0納米~15納米， 多壁碳納米管的直徑為1.5納米~50納米。該碳納米管的長(zhǎng)度為大于50微米， 優(yōu)選為200-900樣史米。當(dāng)面熱源10包括基底18時(shí)，該碳納米管層可以通過(guò) 粘結(jié)劑或分子間力固定于所述基底18的表面。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性 能以及熱穩(wěn)定性，作為一理想的黑體結(jié)構(gòu)，且具有比較高的熱輻射效率。
所述第一電才及12和第二電極14分別與加熱層16電連接，可i殳置在加 熱層16的同一表面上也可以設(shè)置在加熱層16的不同表面上，且與加熱層16 電連接。所述第一電極12和第二電極14可通過(guò)碳納米管層的粘性或?qū)щ娬?結(jié)劑(圖未示)設(shè)置于該加熱層16的表面上。導(dǎo)電粘結(jié)劑在實(shí)現(xiàn)第一電極12 和第二電極14與碳納米管層電接觸的同時(shí)，還可將第一電極12和第二電極 14更好地固定于石友納米管層的表面上。通過(guò)該第一電極12和第二電才及14 可以對(duì)加熱層16進(jìn)行施加電壓。其中，第一電極12和第二電極14之間相 隔設(shè)置，以使采用碳納米管層的加熱層16通電發(fā)熱時(shí)接入一定的阻值避免 短路現(xiàn)象產(chǎn)生。優(yōu)選地，將第一電極12和第二電極14設(shè)置于加熱層16的 表面，位于加熱層16的兩端。
所述的第一電極12和第二電極14中至少一個(gè)電極包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管結(jié)構(gòu)通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié)劑或分子間力固定于所述加熱層16的表面，且與加熱層16電連接。該碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。本實(shí)施例優(yōu)選金屬性碳納米管。所述單壁碳納米管的直徑為0.5納米 10納米，雙壁碳納米管的直徑為1.0納米 15納米，多壁碳納米管的直徑為1.5納米 50納米。該碳納米管的長(zhǎng)度為大于50微米。
具體地，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括一有序碳納米管薄膜或至少兩層重疊且交叉設(shè)置的有序碳納米管薄膜，或至少一碳納米管長(zhǎng)線。
當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一有序碳納米管薄膜時(shí)。請(qǐng)參閱圖3，該有序碳納米管薄膜可通過(guò)直接拉伸一碳納米管陣列獲得。該有序碳納米管薄膜包括多個(gè)沿拉伸方向定向排列的碳納米管。所述碳納米管均勻分布，且平行于碳納米管薄膜表面。具體地，所述有序碳納米管薄膜包括多個(gè)首尾相連且沿同一方向擇優(yōu)取向排列的多個(gè)碳納米管163。該多個(gè)碳納米管163之間通過(guò)范德華力連接， 一方面，首尾相連的碳納米管163之間通過(guò)范德華力連接，另一方面，擇優(yōu)取向的碳納米管163之間通過(guò)范德華力連接，故，該有序碳納米管薄膜具有很好地柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂，且采用該有序碳納米管薄膜的電極具有較長(zhǎng)的使用壽命。
所述有序碳納米管薄膜是由碳納米管陣列經(jīng)進(jìn)一步處理得到的，故其長(zhǎng)度不限，寬度和碳納米管陣列所生長(zhǎng)的基底的尺寸有關(guān)，可根據(jù)實(shí)際需求制得。本實(shí)施例中，采用氣相沉積法在4英寸的基底生長(zhǎng)超順排碳納米管陣列。所述有序碳納米管薄膜的寬度可為0.01厘米 10厘米，厚度為0.01微米~100微米。有序碳納米管薄膜的厚度優(yōu)選為0.1微米 10微米。
另外，所述有序碳納米管薄膜還可以包括多個(gè)平行排列的長(zhǎng)碳納米管。該長(zhǎng)^f友納米管的長(zhǎng)度為1厘米 5厘米，直徑為0.5納米 50納米。由于該長(zhǎng)碳納米管為單根碳納米管，所以其電阻更小。所以采用該有序碳納米管薄膜做電極，可以更有效的傳導(dǎo)電流，減少電能的損耗。
當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少兩層重疊設(shè)置的有序碳納米管薄膜時(shí)，相鄰的有序碳納米管薄膜之間通過(guò)范德華力緊密結(jié)合。進(jìn)一步，該碳納米管結(jié)構(gòu)中的有序碳納米管薄膜的層數(shù)不限，且相鄰兩層有序碳納米管薄膜之間碳納米管的排列方向形成一夾角a， OSo^90度，具體可依據(jù)實(shí)際需求制備。由于該有序碳納米管薄膜中的碳納米管沿同一方向定向排列，所以在碳納米管排列方向具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。本實(shí)施例通過(guò)改變相鄰兩層有序碳納米管薄膜
之間的交叉角度a，可以使得該碳納米管結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向都具有優(yōu)異的導(dǎo)電
性。本實(shí)施例中，優(yōu)選交叉角度01=卯度。
當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管長(zhǎng)線時(shí)，該碳納米管長(zhǎng)線鋪設(shè)于加熱層16的表面。所述碳納米管長(zhǎng)線可通過(guò)直接拉伸一碳納米管陣列獲得或拉伸一碳納米管陣列后經(jīng)過(guò)扭轉(zhuǎn)紡紗獲得。所述碳納米管長(zhǎng)線的直徑為1納米 100微米，其長(zhǎng)度不限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。請(qǐng)參見(jiàn)圖4及圖5，所述碳納米管長(zhǎng)線包括多個(gè)首尾相連的碳納米管沿碳納米管長(zhǎng)線的軸向方向擇優(yōu)取向排列。具體地，該碳納米管長(zhǎng)線中的碳納米管沿碳納米管長(zhǎng)線的軸向方向平行排列或沿碳納米管長(zhǎng)線的軸向方向螺旋排列。該碳納米管長(zhǎng)線中的碳納米管之間通過(guò)范德華力緊密結(jié)合，所以碳納米管長(zhǎng)線具有一定的柔韌性。該碳納米管的長(zhǎng)度為200 90(M效米。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)還可以包括多個(gè)碳納米管長(zhǎng)線，且多個(gè)碳納米管長(zhǎng)線交叉且重疊設(shè)置于加熱層16的表面。該碳納米管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、寬度以及厚度不限，可以根據(jù)實(shí)際需要制備。由于碳納米管長(zhǎng)線具有一定的柔韌性，所以該碳納米管結(jié)構(gòu)可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。
由于該碳納米管長(zhǎng)線中的碳納米管沿著碳納米管長(zhǎng)線的長(zhǎng)度方向排列，所以該碳納米管長(zhǎng)線沿著長(zhǎng)度方向具有較小的電阻。所以將該碳納米管長(zhǎng)線纏繞于加熱層16的表面做電極，可以有效的傳導(dǎo)電流，節(jié)約電能。
當(dāng)只有一個(gè)電極包括一碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，另 一電極采用金屬片金屬絲、金屬膜或?qū)щ娔z層等。本實(shí)施例優(yōu)選地，第一電極12和第二電極14都采用碳納米管結(jié)構(gòu)制作，且該碳納米管結(jié)構(gòu)包括重疊且交叉設(shè)置的50層有序碳納米管薄膜，相鄰兩層有序碳納米管薄膜之間交叉的角度為90度。該碳納米管結(jié)構(gòu)中有序碳納米管薄膜的長(zhǎng)度為1厘米，寬度為1厘米，厚度為30微米。本實(shí)施例將兩個(gè)上述碳納米管結(jié)構(gòu)分別間隔包裹于加熱層16的表面。由于碳納米管結(jié)構(gòu)良好的導(dǎo)電性，使得碳納米管結(jié)構(gòu)與加熱層16之間形成良好的電連接。
本實(shí)施例中，優(yōu)選地，加熱層16采用^ 友納米管層。第一電極12和第二電極14都采用采用重疊且交叉設(shè)置的IO層有序 納米管薄膜，相鄰兩層有序碳納米管薄膜之間交叉的角度為90度。該結(jié)構(gòu)可以減小加熱層16與電極之間的歐姆接觸電阻，提高對(duì)電能的利用率。
本技術(shù)方案實(shí)施例的面熱源IO在使用時(shí)，可先將面熱源IO的第一電極12和第二電極14連接導(dǎo)線后接入電源。在接入電源后熱源10中的碳納米管層即可輻射出一定波長(zhǎng)范圍的電》茲波。所述面熱源IO可以與待加熱物體的表面直接接觸或與待加熱物體相隔一定的距離設(shè)置。
所述的面熱源具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，^碳納米管具有極好的導(dǎo)電性，所以該電極的電阻小，有利于降低功耗，提高發(fā)熱效率。其二，碳納米管的優(yōu)異的力學(xué)特性使得碳納米管結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用碳納米管結(jié)構(gòu)作電極，可以相應(yīng)的提高面熱源，尤其是柔性面熱源的耐用性，所以該面熱源使用壽命長(zhǎng)；其三，碳納米管密度小，所以該面熱源重量輕，使用方便。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種面熱源，其包括一加熱層；以及至少兩電極，該至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置且分別與該加熱層電接觸；其特征在于，所述至少兩個(gè)電極中至少一個(gè)電極包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求l所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一有 序碳納米管薄膜，且該有序碳納米管薄膜包括多個(gè)碳納米管沿同一方向排 列。
3. 如權(quán)利要求2所述的面熱源，其特征在于，所述的有序碳納米管薄膜的厚度 為0.01微米 100微米。
4. 如權(quán)利要求2所述的面熱源，其特征在于，所述有序碳納米管薄膜包括多個(gè) 首尾相連且沿同 一方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
5. 如權(quán)利要求2所述的面熱源，其特征在于，所述的碳納米管之間通過(guò)范德華 力連接。
6. 如權(quán)利要求2所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè) 重疊設(shè)置的有序碳納米管薄膜，且相鄰兩個(gè)有序碳納米管薄膜之間通過(guò)范德 華力緊密連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的面熱源，其特征在于，所述的碳納米管結(jié)構(gòu)中相鄰的有 序碳納米管薄膜中的碳納米管的排列方向形成一夾角a, 0^0^90度。
8. 如權(quán)利要求1所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳 納米管長(zhǎng)線。
9. 如權(quán)利要求8所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管長(zhǎng)線的直徑為1納 米 100微米。
10. 如權(quán)利要求8所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管長(zhǎng)線包括多個(gè)首尾 相連且沿碳納米管長(zhǎng)線的軸向方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
11. 如權(quán)利要求10所述的面熱源，其特征在于，所述碳納米管之間通過(guò)范德華 力結(jié)合。
12. 如權(quán)利要求1所述的面熱源，其特征在于，所述面熱源進(jìn)一步包括一板狀基底，所述碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置在該板狀基底表面。
13. 如權(quán)利要求12所述的面熱源，其特征在于，所述基底的材料為柔性材料或 硬性材料，且所述柔性材料為塑料或柔性纖維，所述硬性材料為陶f(shuō):、玻璃、 樹(shù)脂或石英。
14. 如權(quán)利要求1所述的面熱源，其特征在于，所述面熱源進(jìn)一步包括一反射層， 該反射層設(shè)置于加熱層表面，所述反射層的材料為金屬氧化物、金屬鹽或陶 瓷，厚度為100微米 0.5毫米。
15. 如權(quán)利要求14所述的面熱源，其特征在于，所述反射層設(shè)置在所述加熱層 與基底之間或者設(shè)置在所述基底遠(yuǎn)離加熱層的表面。
16. 如權(quán)利要求1所述的面熱源，其特征在于，所述面熱源進(jìn)一步包括一絕緣保 護(hù)層設(shè)置于所述加熱層表面，所述絕緣保護(hù)層的材料包括橡膠或樹(shù)脂。
全文摘要
一種面熱源，包括一加熱層；以及，至少兩個(gè)電極，該至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置，且分別與加熱層電連接；其中，所述的至少兩個(gè)電極中，至少一個(gè)電極包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H05B3/20GK101636006SQ200810142529
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者辰 馮, 鍇 劉, 姜開(kāi)利, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司