201004858 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種空心熱源，尤其涉及一種基於奈米碳 管的空心熱源。 【先前技術】 熱源在人們的生產、生活、科研中起著重要的作用。 空心熱源係熱源的一種，其特點為空心熱源具有一空心結 構，將待加熱物體設置於該空心結構的空心中對物體進行 β加熱，故，空心熱源可對待加熱物體的各個部位同時加熱， 加熱面廣、加熱均勻且效率較高。空心熱源已成功用於工 業領域、科研領域或生活領域等，如工廠管道、實驗室加 熱爐或廚具電烤箱等。 Ο 空心熱源的基本結構通常包括基底和設置在基底上的 電熱層’通過在電熱層中通入電流產生焦耳熱使電熱層的 :度升高進而加熱物體。先前的空心熱源的電極通常採用 2屬片、金屬絲、金屬膜、銦錫氧化物（ΙΤΟ)層、録 化物（ΑΤΟ )層、導電銀膠層或導電聚合物層等。然 =’採用$屬片、金屬絲、金屬膜、銦錫氧化物（1丁〇;’、 作為ΐ錫ί化物（ΑΤ〇)層、導電銀滕層或導電聚合物層 革=大，故對電能的損耗也較大。第二，該電極的柔韌性 σ機械強度差’長期折疊容易斷裂 不、 使用不便。—第二，该電極的密度較大’重量大， 柔韌性和機械強度 有鑒於此，提供電極電阻率較小 6 201004858 而，長期折疊不易斷裂 為必要。 且密度小 重量輕的空心熱源實 【發明内容】 一種空心熱源，其包括.— 加熱層設置於空心基底面—工心基底；—加熱層，該 ...s ,, 展的表面，以及至少兩個電極，且所 中'二=電極間隔設置且並分別與該加熱層電連接，其 1管=至少兩個電極中，至少—個電極包括—奈米奈米 參 相較於先前技術，所述之空心熱源具有以下優點：其 ’不米奈米碳管具有極好的導電性，故該電極的電阻小， 有利於降低功耗’提高發熱效率。其二，奈米奈米碳管的 優異的力學特性使得奈米奈米碳管結構具有很好的柔勤性 和機械強度，故，採用奈米奈米碳管結構作電極，可相應 的k尚空〜熱源，尤其係柔性空心熱源的耐用性，故該空 心熱源使用壽命長；其三，奈米奈米碳管密度小，故該空 心熱源重量輕，使用方便。 Q 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案提供的空心熱 源。 請參閱圖1及圖2,本技術方案第一實施例提供一種 空心熱源100，該空心熱源100包括一空心基底102 ; 一 加熱層104，該加熱層104設置於該空心基底1〇2的内表 面；一反射層108,該反射層108位於加熱層104的週邊， 設置於該空心基底102的外表面；一第一電極及一第 二電極112,第一電極11〇和第二電極112間隔設置於加 201004858 熱層ι〇4的表面，並分別與加熱層104電連接；一絕緣 •保護層106’該絕緣保護層106設置於加熱層1〇4的内表 面。 所述工〜基底102的材料不限，用於支撐加埶声 104，可為硬性材料，如：陶竟、玻璃、樹脂、石英 膠等。空心基底102 ,亦可選擇柔性材料，如：樹脂、橡 膠、塑膠或柔性纖維等。當空心基底1〇2為柔性材料時， 該空心熱源100在使用時可根據需要彎折成任意形狀。 ❹所述空心基底102的形狀大小不限，其具有一空心結構 即可’可為管狀、球狀、長方體狀等，可為全封閉結構， 也可為半封閉結構，其具體可根據實際需要進行改變。 空心基，102的橫戴面的形狀亦不限，可為圓形、弧形、 長方形等。本實施例中，空心基底1〇2為一空心陶瓷管， 其橫截面為一圓形。 所述加熱層104設置於空心基底1〇2的内表面，用於 向空心基底102的内部空間加熱。所述加熱層1〇4的材 ❹料不限’其可為金屬絲層、電熱膜、碳纖維層或奈米碳 官層。富採用奈米碳管層作為加熱層1〇4時，該奈米碳 管層包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管層= 的奈米峡管有序排列或無序排列。該奈米碳管層的厚度 為0.01微米〜2毫米。該奈米碳管層中的奈米碳管包括= 壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或 多種。所述單壁奈米碳管的直徑為〇·5奈米〜1〇奈米，雙 壁^米碳管的直徑為L0奈米~15奈米，多壁奈米碳管的 直徑為1.5奈米〜50奈米。該奈米碳管的長度為大於5〇 微米，優選為200〜900微米。該奈米碳管層可通過粘妗 8 201004858 劑或分子間力固定於所述空心基底102的内表面。卉米 碳管具有良好的導電性能以及熱穩定性，作為—理=/、、 黑體結構’且具有比較高的熱輕射效率。‘ ''、 所述第-電極110和第二電極112可設置在加埶声 104的同一表面上也可設置在加熱層1〇4的不同表面上曰， 且與加熱層104電連接。所述第一電極11〇和第&二電極 112可通過奈米碳管層的粘性或導電粘結劑（圖未示置 104的表面上。導電粘結劑在實現第一；極 110和弟二電極112與奈米碳管層電接觸的同時， 弟-電極110和第二電極112更好地固定於奈米碳管層的 1〇4面進上:-電極11G和第二電極112可對加“ 104進订施加電壓。其中，帛—電極UG和第二電極⑴ 之間相隔設置’以使採用奈米碳管層的加熱層⑽ 接入一定的阻值避免短路現象產生。優選地，將 f-電極110和第二電極112環繞設置於加熱層104的外 表面。
Q 第一電極110和第二電極112中至少一個電極 碳管結構。該奈米碳管結構通過導電枯結劑 所述加熱請的表面，咖^ 奈米碳管結構中的奈米碳管包括單壁奈来 雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。 3例優選金屬性奈米碳管。所述單壁奈米碳管的直
Hi奈米〜10奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米 夺平碳管的直徑為1,5奈来〜50奈米。該 不木石反官的長度為大於5〇微米。 /、體地孩不米碳管結構包括一有序奈米碳管薄膜 9 201004858 或至少兩層重疊且交叉設置的有序奈米碳㈣膜，或至 少一奈米碳管長線。 當所述奈米碳管結構包括至少—有序奈米碳管薄膜 時。請參閱圖3,該有序奈米碳管薄膜可通過直接拉伸一 奈来碳管陣列獲得。該有序奈米碳管薄膜包括複數個沿 拉伸方向定向#列的奈米石炭管。_奈米石炭管均勾分 佈’且平行於奈米碳管薄膜表面。具體地，所述有序夺 米碳管薄膜包括複數個首尾相連且沿同一方向擇優取向 ❹排列的複數個奈米碳管163。該複數個奈米碳管163之間 通過凡德瓦爾力連接’ 一方面，首尾相連的奈米碳管163 ^通過凡德瓦爾力連接，另-方面，擇優取向的奈米 1官163之間通過凡德瓦爾力連接’故，該有序奈米碳 官薄膜具有很好地柔祕，可，？曲折疊成任意形狀而不 破，，且採用該有序奈米碳管薄膜的電極具有較長的使 ❹ 所述有序奈米碳管薄膜係由奈米碳車列經進一步 f理得到的，故其長度不限’寬度和奈米碳管陣列所生 ^的基底的尺寸有關，可根據實際需求制得。本實施例 =用戶 法在4英寸的基底生長超順排奈米碳 &車列。所述有序奈米碳管薄膜的寬度可為〇 〇1厘米〜忉 厘米，厚度為0.01微米〜1〇〇微米。 厚度優選為(U微米〜10微米。有序“石“薄膜的 心另i所述有序奈米碳管薄膜還可包括複數個平行排 歹j的長奈米碳管。該長奈米碳管的長度為lit米〜5厘米， ^為G.5奈米〜50奈米。由於該長奈米碳管為單根奈米 石厌管’故其電阻更小。故採用該有序奈米碳管薄膜設置 201004858 於反射層21 〇或力π献思q Λ ^ 傳導電法&”，'層204的表面做電極，可更有效的 傳V電机，減少電能的損耗。 S所述奈未碳管纟士播4 太半磁A構包括至少兩層重疊設置的有序 膜時’相鄰的有序奈米碳管薄膜之間通過凡： 碳管薄膜的層數不中的有序奈米 太半磁其&姑^ 且相鄰兩層有序奈米碳管薄膜之間 二=反s的排列方向形成—夹角α，0^^90 ❹ ❹ 。由於該有序奈米碳管薄膜中的；= 導電性。本H排列’故在奈米碳管排财向具有優異的 間的交叉ίίϊ變相鄰兩層有序奈米碳管薄膜之 有優異的導i性α。得該奈米碳管結構在各個方向都具 : 貫施例中，優選交叉角度α=90度。 哕太；S:碳管結構包括至少-奈米碳管長線時， 以不永石厌g長線纏繞於 . 管長線可通過直接杈柚的表面。所述奈米碳 乎#其陆直接拉伸—奈米碳管陣列獲得或拉伸一奈 直i 經過扭轉紡紗獲得。所述奈米碳管長線的 直4工為1奈米〜1〇〇例_本 Ε . 制得。請|見冑4長度不限，可根據實際需求 圖5 ’所述奈米碳管長線包括複數個 2相連的奈米碳管沿奈米碳管長線的軸向方向擇優取 二其：：具體地，該奈米碳管長線中的奈米碳管沿奈米 向方向平行排列或沿奈米碳管長線的軸向 =米碳管長線中的奈米碳管之間通過 性。爷太半端^且由官長線具有一定的柔物 "亥'丁〇卡妷官的長度為200〜9〇〇微米。 複數：ΪΪ米碳管結構還可包括複數個奈米碳管長線，且 不米碳管長線交又且重疊設置於加熱層104的表 11 201004858 二ΐ奈米碳管結構的長度、寬度以及厚度不限，可根據 =要製備。由於奈米碳管長線具有一定幌性，： 該不朱石复管結構可彎曲折疊成任意形狀而不破裂。 _ ί Γ該奈米碳管長線中的奈米碳f沿著奈米碳管長 於：又方向排列’故該奈米碳管長線沿著長度方向具有 父，、的電阻。故將該奈米碳管長線纏繞於加熱層1〇4的表 面做電極，可有效的傳導電流，f約電能。 、 ❹ 當只有一個電極包括一奈米碳管結構時，另一電極採 d片金屬絲'金屬臈或導電膠層等。本實施例優選地， ^姑：1!和第二電極112都採用奈米碳管結構製作， =不米碳管結構包括重疊且交又設置的5〇層有序夺米 η:鄰兩層有序奈米碳管薄膜之間交叉的角度為 乎宫官結構中有序奈米碳管薄膜的長度為1厘 :乎厘求’厚度為30微米。本實施例將兩個上述 不未=官結構分別間隔包裹於加熱層1〇4的表面。由於太 ❹ =炭官：構良好的導電性’使得奈米碳管結構與加熱； 104之間形成良好的電連接。 本實施例中，優選地，加熱層1〇4採用奈米碳管層。 第-電極1Κ)和第二電極112都採㈣用重疊且交又 的10層有序奈米碳管賴，㈣兩層有序奈米碳管薄臈之 =交叉的角度為90度。該結構可減小加熱層綱與電極之 間的歐姆接觸電阻，提高對電能的利用率。 =述反射層應用於反射加熱層綱所發出的執量， 使其有效地對空心基底搬内部空間加熱，故，反㈣ ⑽位於加熱々1()4週邊’設置於空心基底搬的夕^ 面。反射>1 108的材料為-白色絕緣材料，如：金屬氧 12 201004858 化物、金屬鹽或陶兗等。反射層108通過濺射或塗敷的 方法》又置於工〜基底102 $外表面。本實施例中，反射 f、:08，材料優選為三氧化二鋁，其厚度$⑽微米〜 毛米。忒反射層1〇8通過濺射的方法沈積於該空心基底 102外表面°可㈣解’該反射層⑽為-可選擇結構， 當空心熱源100未包括反射層日夺，該空心熱源也可 用於對外加熱。 所述絕緣保護層1〇6用來防止該空心熱源⑽在使用 時與外界形成電接觸，同時還可防止加熱層1〇4中的奈 米碳管層吸附外界雜質，其設置於加熱層1〇4的内表面。 所述絕緣保護層106的材料為一絕緣材料，如：橡膠、 述絕緣保❹雇厚度不限，可根據實際情 況~擇。優選地’該絕緣保護層106的厚度為〇5〜2毫米。 層106可通過塗敷或賤射的方法形成於加熱 可以理解，所述絕緣保㈣106為一可 選释結構。 ❹ 下施i列所提供的空心熱源100在應用時具體包括以 介 H供一待加熱的物體；將待加熱的物體設置於 源100的中心；將空心熱源1〇〇通過第一電極 i =:;極112連接導線接入1伏_20伏的電源電壓 較長的‘電=為1瓦〜40瓦時’該空心熱源可韓射出波長 溫度測量儀紅外測溫儀AZ8859測量 發見，心熱源、1〇〇的加熱層1〇4表面的溫度為贼 高丄：ΐ待加熱物體。可見’該奈米碳管層具有較 射的形式傳遞給待加熱物體，加熱效果不會因 13 201004858 -物體申各個部分因為距離空心熱源100的不同而產生較 大的不同’可實現對待加熱物體的均勻加熱。對於具有 黑體結構的物體來說，其所對應的溫度為20(rc〜450艺時 就能發出人眼看不見的熱輻射（紅外線），此時的熱輻射 最穩定、效率最高，所產生的熱輻射熱量最大。 該空心熱源100在使用時，可將其與待加熱的物體表 面直接接觸或將其與被加熱的物體間隔設置，利用其熱輻 射即可進行加熱。該空心熱源100可廣泛應用於如工廠管 β道、實驗室加熱爐或廚具電烤箱等。 本實施例中所提供的空心熱源具有以下優點：其一， 奈米碳管具有較低的電阻率，故電極的電阻小，有利於節 ，，源。其二，奈米碳管具有優異的力學特性，使得奈米 碳管結構具有很好的柔韌性和機械強度，故，採用奈米碳 & I。構作電極，可相應提高空心熱源的耐用性，空心熱源 的使用壽命長；其三，奈米碳管的密度低，故空心熱源的 品質輕，使用方便。 ❹ 本實施例所提供的空心熱源100中，奈米碳管具有強 的抗腐蝕性，使其可在酸性環境中工作。而且，奈米碳管 具有極強的穩定性，即使於川⑼它以上的高溫真空環境下 工作而不會分解，使空心熱源100可在真空高溫環境下工 作。另，奈米碳管比同體積的鋼強度高100倍，重量只有 其1/6^故，採用奈米碳管結構作為電極的空心熱源1〇〇 具有更高的強度和更輕的品質。 請參見圖6及圖7，本技術方案第二實施例提供一種 工〜熱源200，該空心熱源2〇〇包括一空心基底2〇2 ; 一 加熱層204，該加熱層204設置於該空心基底2〇2的内表 14 201004858 , 面；一反射層208，該反射層208位於加熱層204的週邊； 一第一電極210及一第二電極212，第一電極210和第二 電極212間隔設置於加熱層204的表面，並分別與加熱 層204電連接；一絕緣保護層206，該絕緣保護層206設 置於加熱層104的内表面。第二實施例中所提供的空心 熱源200與第一實施例所提供的空心熱源100的結構基 本相同，其區別在於反射層208設置於空心基底202與 加熱層204之間，位於加熱層104的外表面。所述空心 ❹基底202、加熱層204、反射層208、第一電極210及第 二電極212的結構和材料與第一實施例相同。 請參見圖8及圖9,本技術方案第三實施例提供一種 空心熱源300，該空心熱源300包括一空心基底302 ; — 加熱層304 ; —反射層208 ; —第一電極210及一第二電 極212,第一電極210和第二電極212間隔設置於加熱層 204的表面，並分別與加熱層204電連接。第三實施例中 的空心熱源300和第一實施例中的空心熱源100的結構 ◎基本相同，其區別在於，該加熱層304設置於該空心基 底202的外表面，該反射層208設置於加熱層304的外 表面，由於加熱層304設置於空心基底302和反射層208 之間，故，無需絕緣保護層，且加熱層304與反射層308 的位置不同。第三實施例中的所述空心基底302、加熱層 304、反射層308的結構和材料與第一實施例相同。 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依 法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實 施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知 本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變 15 201004858 -化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1為本技術方案第一實施例所提供的空心熱源的結 構不思圖。 圖2為圖1中沿II-II線的剖面示意圖。 圖3為本技術方案實施例的奈米碳管薄膜的掃描電鏡 照片 圖4為本技術方案實施例的束狀結構的奈米碳管長 罾的掃描電鏡照片。 、 圖5為本技術方案實施例的絞線結構的奈米碳管長線 的掃描電鏡照片。 圖ό為本技術方案第二實施例所提供的空心熱源的結 構示意圖。 圖7為圖6的沿VII-VII線的剖面示意圖。 圖8為本技術方案第三實施例所提供的空心熱源的結 構示意圖。 圖9為圖8的ΙΧ-ΙΧ沿線的剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 空心熱源 100, 200, 300 空心基底 102, 202, 302 加熱層 104, 204, 304 絕緣保護層 106, 206 反射層 108, 208, 308 第一電極 110. 210, 310 16 201004858 第二電極 112, 212, 312
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