201006296 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種基於奈米碳管 本發明涉及一種線熱源，尤其涉及一 的線熱源。 【先前技術】 熱源於人們的生產、生活、科研中起著重要的作用。 線熱源係常用的熱源之―，被廣泛應用於電加熱器、紅外 治療儀、電暖器等領域。 請參見圖1，先前技術提供一種線熱源1〇，其包括一 中空圓柱狀支架102 ; —加熱層104設置於該支架1〇2表 面，一絕緣保護層1〇6設置於該加熱層1〇4表面；兩個電 極110分別設置於支架102兩端，且與加熱層1〇4電連接； 兩個夾緊件108分別將兩個電極110與加熱層1〇4卡固於 支架102兩端。其中，加熱層104通常採用一碳纖維紙通 過纏繞或包裹的方式形成。當通過兩個電極11〇對該線熱 源10施加一電壓時’所述加熱層1〇4產生焦耳熱，並向周 圍進行熱輻射。所述碳纖維紙包括紙基材及雜亂分佈於該 紙基材中的瀝青基碳纖維。其中，紙基材包括纖維素纖維 及樹脂等的混合物，瀝青基碳纖維的直徑為3~6毫米，長 度為5〜20微米。 然而，採用碳纖維紙作為加熱層具有以下缺點：第一， 碳纖維紙厚度較大，一般為幾十微米，使線熱源不易做成 微型結構，無法應用於微型器件的加熱。第二，由於該碳 纖維紙中包含紙基材，故，該碳纖維紙的密度較大，重量 201006296 大，使得採用該碳纖維紙的線熱源使用不便。第三，由於 該碳纖維紙中的瀝青基碳纖維雜亂分佈，故，該碳纖維紙 的強度較小，柔性幸父差，容易破裂，限制其應有範圍。第 四，碳纖維紙的電熱轉換效率較低，不利於節能環保。 〇有鐾於此，提供一種重量小，強度大，適應用於微型 器件的加熱，且電熱轉換效率較低，利於節能環保的線熱 源實為必要。 【發明内容】 ® 種線熱源包括一線狀基底；一加熱層設置於線狀基 底的表面；及兩個電極間隔設置於加熱層的表面，並分別 與該加熱層電連接，其中，所述加熱層包括至少一奈米碳 管層。 χ 相較於先前技術，所述的線熱源具有以下優點：第一， 奈米妷官可方便地製成任意尺寸的奈米碳管層，既可應用 於宏觀領域也可應用於微觀領域。第二，奈米碳管比碳纖 ❹維具有更小的密度’故，採用奈米碳管層的線熱源具有更 輕的重量，使用方便。第三，奈米碳管層的電熱轉換效率 高，熱阻率低’故，該線熱源具有升溫迅速、熱滯後小、 熱交換速度快的特點。 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案線熱源。 請參閱® 2㈣4，本技術方案實施例提供一種線熱 源20，該線熱源20包括一線狀基底2〇2 ; 一反射層21〇 設置於§亥線狀基底202的表面；一加熱層2〇4設置於所述 201006296 反射層210表面，兩個電極2〇6 认主二 ^ 门知叹置於該加熱層204 的表面’且與該加熱層2〇4電遠 机里认斗上安’及—絕緣保護層208 故置於該加熱層204的表面。所述線熱源、2〇的長度不限， 微米〜L5厘米。本實施例的線熱源則直徑優 選為1.1毫米〜1.1厘米。 所述線狀基底搬起支撐作用，其材料可為硬性材 料’如：陶竟、玻璃、樹脂、石英等’亦可選擇柔性材料， Ο 如·塑膠或柔性纖維等。當線狀基底202為柔性材料時， 該線熱源20❹時可根據需要彎折成任意形狀。所述線狀 基底2G2的長度、直徑及形狀不限，可依據實際需要進行 選擇。本實施例優選的線狀基底202為一陶瓷桿，其直徑 為1毫未〜1厘米。 所述反射層210的材料為一白色絕緣材料，如：金屬 氧化物、金屬鹽或陶瓷等。本實施例中，反射層21◎的材 料優選為三氧化二鋁，其厚度為1〇〇微米〜〇5毫米。該反 ⑩射層210通過濺射的方法沈積於該線狀基底2〇2表面。所 述反射層210用來反射加熱層204所發的熱量，使其有效 的政發到外界空間去’故，該反射層21〇為一可選擇結構。 所述加熱層204包括一奈米碳管層。該奈米碳管層可 包裹或纏繞於所述反射層210的表面。該奈米碳管層可利 用本身的黏性與該反射層210連接，也可通過黏結劑與反 射層210連接。所述的黏結劑為矽膠。可以理解，當該線 熱源20不包括反射層210時，加熱層204可直接包裹或纏 繞於所述線狀基底202的表面。 201006296 所述奈米碳管層的長度，寬度及厚度不限，可根據實 ’際需要製備。本技術方案提供的奈米碳管層#長度為U 厘米’寬度為1〜10厘米，厚度為〇〇1微米〜2毫米。可以 理解，奈米碳管層的熱回應速度與其厚度有關。相同面積 的情況下，奈米碳管層的厚度越大，熱回應速度越慢；反 之，奈米碳管層的厚度越小，熱回應速度越快。 所述奈米碳管層包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該 奈米礙管層中的奈米石炭管有序排列或無序排列。該奈米碳 ®管射的I米碳f包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多 壁奈米碳管中的-種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為 0.5奈米〜10奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1〇奈米〜^奈 米，多壁奈米碳管的直徑為1>5奈米〜5〇奈米。所述奈米 碳管的長度大於50微米。本實施例中，該奈米礙管的長度 優選為200〜900微米。由於該奈米碳管層中的奈米碳管層 具有很好的柔韌性，使得該奈米碳管層具有很好的柔韌 ❹性’可彎曲折疊成任意形狀而不破裂。 本實施例中，加熱層204採用厚度為1〇〇微米的奈米 碳管層。该奈米碳管層的長度為5厘米，奈米碳管薄膜的 寬度為3厘米。利用奈米碳管層本身的黏性，將該奈米碳 管層包裹於所述反射層210的表面。 所述電極206可設置於加熱層2〇4的同一表面上也可 a又置於加熱層204的不同表面上。所述電極2〇6可通過奈 米碳管層的黏性或導電黏結劑（圖未示）設置於該加熱層 204的表面上。導電黏結劑實現電極2〇6與奈米碳管層電 10 201006296 接觸的同時，還可將電極206更好地固定於奈米碳管層的 表面上。通過該兩個電極206可對加熱層2〇4施加電壓。 其中，兩個電極206之間相隔設置，以使採用奈米碳管層 的加熱層204通電發熱時接入一定的阻值避免短路現象產 生。優選地，由於線狀基底202直徑較小，兩個電極2〇6 間隔設置於線狀基底202的兩端’並環繞設置於加熱層2〇4 的表面。 θ 所述電極206為導電薄膜、金屬片或者金屬引線。該 導電薄膜的材料可為金屬、合金、銦錫氧化物（ιτ〇)、録 錫氧化物（ΑΤΟ)、導電銀膠、導電聚合物等。該導電薄膜 可通過物理氣相沈積法、化學氣相沈積法或其他方法形成 於加熱層204表面。該金屬片或者金屬引線的材料可為銅 片或鋁片等。該金屬片可通過導電黏結劑固定於加埶層 :述電極206還可為一奈米碳管結構。該奈米碳管結 構包裹或纏繞於反射層21〇的表面。該奈米碳管結構可通 過其自身的黏性或導電黏結劑以於反射層加的表面。 =奈^管結構包括定向排列且㈣分佈的金屬性奈米碳 二：體地太該奈米碳管結構包括至少一有序奈米 膜或至少一奈米碳管長線。 優選地，將兩個有序奈米碳管薄膜分別 長度方向的兩端作為電極2〇6。該 ==米碳管薄膜環繞於加熱層2〇4的内表面，並通 過導電黏、、劑與加熱層204之間形成電接觸。所述導電黏 11 201006296 銀膠。由於本實施例中的加熱層2〇4也採用奈 姆阻故’電極2〇6與加熱層綱之間具有較小的歐 姆接觸電阻，可提高線熱源2G對電能的利用率。 矜r =述Γ緣保護層的材料為"絕緣材料，如··橡膠、 “=述絕緣保護層厚度不限，可根據實際情況 實施财，該絕緣保護層細的材料採用橡膠， 〇.5〜2笔米。該絕緣保護層208可通過塗敷或包 參 用* n 成於加熱層2G4的表面。所述絕緣保護層208 =防止該線熱源20使㈣與外界形成電接觸，同時還可 二，熱層204中的奈米碳管層吸附外界雜質。該絕緣保 濩層208為一可選擇結構。 中對厗度為1〇〇微米的奈米碳管層進行電 熱性能測量。該牟半石患& ®且C r- , ^ 茨不木石反官層長5厘米，寬3厘米。將該奈 米碳管層包裹於一直徑為1厘米的線狀基底202上’且立 位於兩個電極裏之間的長度為3厘米。電流沿著線狀基 ❹底202的長度方向流入。測量儀器為紅外測溫儀 59田把加電壓於1伏〜20伏，加熱功率為丄瓦〜4〇 瓦時二奈米碳管層的表面溫度為5(rc〜5〇(rc。可見，該奈 米碳管層具有較高的電熱轉換效率。對於具有黑體結構的 物體來說，其所對應的溫度為20CTC〜450t時就能發出人 目^看不見的熱輻射（紅外線），此時的熱輻射最穩定、效率 最咼，所產生的熱輻射熱量最大。 該線熱源20使用時’可將其設置於所要加熱的物體表 面或將其與被加熱的物體間隔設置，利用其熱輻射即可進 12 201006296 行加熱。另Y還可將複數個該線熱源20排列成各種預定的 圖形使用。該線熱源20可廣泛應用於電加熱器、紅外治療 儀、電暖器等領域。 本實轭例中，由於奈米碳管具有奈米級的直徑，使得 衣備的奈米 < 官結構可具有較小的厚度，&，採用小直徑 的線狀基底可製備微型線熱源。奈米石炭管具有強的抗腐钱 性，使其可於酸性環境中工作。而且，奈米碳管具有極強 的穩疋性’即使於3_。〇以上高溫的真空環境下工作而不 a刀解，使a亥線熱源2〇適合於真空高溫下工作。另，奈米 $管比同體積的鋼強度高1〇〇倍，重量卻只有其1/6，故， 才木用奈米奴官的線熱源2〇具有更高的強度及更輕的重量。 β综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 提出專利中請。惟’以上所述者僅為本發明之較佳實施例， 自不mb限制本案之巾請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 ^人士k依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵 _蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1為先前技術的線熱源的結構示意圖。 圖2為本技術方案實施例的線熱源的結構示意圖 圖3為圖2的線熱源沿線m m的剖面示意圖 〇 圖4為圖3的線熱源沿線IV -IV的剖面示意圖 【主要元件符號說明】 線熱源 支架 10, 20 102 13 201006296 加熱層 104, 204 保護層 106 夾緊件 108 電極 110, 206 線狀基底 202 絕緣保護層 208 反射層 210
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