.201006299 • 九、發明說明： . 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種面熱源，尤其涉及一種基於奈米碳管 的面熱源。 【先前技術】 熱源在人們的生產、生活、科研中起著重要的作用。 面熱源係熱源的一種，其特點為面熱源具有一平面結構， ❹將待加熱物體置於該平面結構的上方對物體進行加熱， 故，面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。面熱源已成功用於工業領域、 =領域或生活領域等，如電加熱器、紅外治療儀、電暖 先前面熱源一般包括一加熱層和至少兩個電極，該至 乂兩個電極設置於該加轨層的矣 電連拯。^ 並與該加熱層的表面 φ :、層上的電極通入低電壓電流時，埶量 立刻攸加熱層釋放出來。現在市售的面埶源通常採用：麗 製成的電熱絲作為加熱層進行電埶轉換金屬 強-不南易於折斷，特別㈣曲或繞折成 應用受到限制。另，以金屬劁 又、故 以普通波Μ mi 電熱絲職生的熱量係 能源。 电'、，、轉換效率不焉不利於節省 非金屬碳纖维導電材料的發 突破。採用碳纖維的加熱層通常二=帶來了 水的絕緣層用作電熱轉換的元件以代替金屬電熱絲。：： 201006299 .碳纖維具有較好的勒性，這在一定程度上解決了電献絲強 .度不尚易折斷的缺點。然而，由於碳纖維仍係以普通波長 向外散熱，故ϋ未解決電熱轉換率低的問題。為解決上 採用碳纖維的加熱層一般包括多根碳纖維熱源線鋪 二該碳纖維熱源線為—外表包裹有化纖或者棉線的 導電心線。该化纖或者棉線的外面浸塗—層防水阻燃絕緣 材料。所述導電芯線由多根碳纖維與多根表面枯塗有遠红 ❹^塗料的棉線纏繞而成。導電芯線中加入枯塗有遠红外塗 2的棉線，-來可增強芯線的強度，二來可使通電後碳導 纖維發出的熱量能以紅外波長向外輻射。 然而，採用碳纖维紙作為加熱層具有以下缺點： 碳纖維強度不夠大，柔性不夠好，容易破裂需要加， 線提高碳纖維的強度，限制了其應有範圍；第二 本身的電熱轉換效率較低，需加入粘塗有 、’、’、 線提高電熱轉換效率，不利於節能環笛、”塗料的棉 即此衣保，第三，需异贺忐 熱源線再製成加熱層，不利於大面積製作，不利於 =勻性的要求，同時利於微型面熱源的製作。 有蓉於此’提供-種具有強度大，電熱轉換效率較高， 有利於節省能源且發熱均勻，大小可控，可掣 者微型的面熱源實為必要。 χ 面積或 【發明内容】 -種面熱源，該面熱源包括一第—電極、—第二電極 :上加亟和第二電極間隔設置於該加齊 曰加”、、層電接觸。該加熱層包括複數個線狀奈 201006299 •米碳管結構。 相較於先前技術，所述之面熱源具有以下優點：第 一’由於奈米礙管具有較好的強度及韌性，線狀奈米碳管 結構的強度較大’柔性較好’不易破裂，使其具有較長的 使用壽命。第二’線狀奈米碳管結構中的奈米碳管均勻分 佈，因此具有均勻的厚度及電阻’發熱均勻，奈米碳管的 電熱轉換效率高’故該面熱源具有升溫迅速、熱滯後小、 熱父換速度快的特點。第三，奈米碳管的直徑較小，使得 ©線狀奈米碳官結構具有較小的厚度，可製備微型面熱源， 應用於微型器件的加熱。 μ ' 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案面熱源。 请參閱圖1及圖2’本技術方案實施例提供一種面南 源10’該面熱源10包括一基底18、一反射層17、一： =層16、-第-電極12、—第二電極14和—絕緣保讀 =15。所述反射層17設置於基底18的表面。所述加券 i 16设置於所述反射層17的表面。所述第-電極12和 ^電極14間隔設置於所述加熱層Μ的表面，並與該 所：：二電觸’用於使所述加熱層16中流過電流。 = ί Ϊ = 15設置於所述加熱層16的表面，並將 熱層16吸附外界雜f ：" 14覆盍’㈣避免所述加 所述基底18形狀不限，其具 層16或者反射層17。傷n 表面用於支按加熱 底，μ料Λ 所述基底18為一板狀基 其材科可為硬性材料m«、㈣、石 201006299 英等，亦可選擇柔性材料，如：塑膠或柔性纖維等。當 •為$性材料時，該面熱源10在使用時可根據需要彎折成 任=形狀。其中，基底18的大小不限，可依據實際需要 $打改變。本實施例優選的基底18為一陶瓷基板。另， 、田加熱層16具有-定的自支撐性及穩定性時，所述面熱 源10中的基底18為一可選擇的結構。 旦，述反射層17的設置用來反射加熱層16所發的熱 =，從而控制加熱的方向，用於單面加熱，並進一步提 ©同加熱的效率。所述反射層17的材料為—白色絕緣材 料：如·金屬氧化物、金屬鹽或陶瓷等。本實施例中， f射層17為三氧化二銘層’其厚度為100微米〜0.5毫米。 «亥反射層17可通過濺射或其他方法形成於該基底以表 面。可以理解，所述反射層17也可設置在基底Μ遠離 加熱層16的表面，即所述基底18設置於所述加熱層16 述反射層17之間’進一步加強反射層17反射熱量 的作用。所述反射層17為一可選擇的結構。所述加熱層 ❹16可直接5又置在基底18的表面此時面熱源忉的加熱 方向不限，可用於雙面加熱。 所述加熱層16包括複數個線狀奈米碳管結構160。 所述複數個線狀奈米碳管結構16()平㈣設，或者交叉 鋪設於所述支撐體18表面。其中，線狀奈米碳管結構160 ^間交叉的角度不限。所述相鄰兩個平行的線狀奈米碳 官結構160之間的距離為Q微米〜3()微米。本實施例中， :選相鄰兩個平行的線狀奈米碳管結，籌16〇間隔的距離 為20微米。可以理解，所述複數個線狀奈米碳管結構⑽ 排列或者铺設的方式不限，只需確保形成—均勻的加熱 201006299 層16即可。進一步地，所述加熱層16中至少部分線狀 奈米碳管結構160沿從所述第一電極22向第二電極24 延伸的方向鋪設於所述支標體18表面，以確保流經 奈管結構160的電流最大。所述交叉鋪設的線 米碳=結構16〇具有很好的韌性與自支撐性，無需基^ 18#田面熱源1〇不包括基底18時所述反射層η可直 接設置於所述加熱層16的表面。所述加熱層16的厚度 為3毫未〜25毫米。 ❹ 所述線狀奈米碳管結構160包括至少一根奈米碳管長 線161。請參閱圖3及圖4，優選地所述線狀奈米碳管 160係由多根奈米碳管長線161組成的束狀結構或者由 長線161組成的絞線結構。所述線狀奈米碳管 、、、。構160的直徑為2G微米〜2毫米，其大小由奈米碳 線161的根數及直徑大小決定，奈米碳管長線i6i的直护 越大，根數越多，線狀奈米碳管結構16〇的直徑越大，^ 结·160的直徑越小。所述線狀奈米碳 s…構160的長度大小由奈米碳管長線161的長度大小麥 定。本實施例中所述線狀奈米碳管結構16〇係由二二 碳管長線161組成的束狀結構，直徑為5〇微米。不” 請參閱圖5及圖6,所述奈米碳管長線i6i係 個首尾相連的奈米碳管束組成的束狀結構或者絞線 所述奈米碳管長線包括沿奈米碳管長線16 ^ 優取向排列的奈米碳管。具體地，所述束狀姓SI 管長線ι61可通過有機溶劑處理所述奈米碳;薄膜 通過直接拉取k窄寬度的奈米碳管陣列獲得太^ 長線⑹中奈米碳管沿奈米碳管長線的軸向方 201006299 .列。所述絞線結構奈米碳管長線161可通過對束狀择 .奈米碳管長線161施加機械外力扭轉獲得。扭轉後該奈^ 碳管長線161中奈米碳管沿奈米碳管長線的轴向方^ ^旌 排列。 ” 所述奈米碳管長線161的直徑與長度和奈米碳管陣 所生長的基底的尺寸有關。可根據實際需求制得。本實扩 例中，採用氣相沈積法在4英寸的基底生長超順排太= 管陣列。所述奈米碳管長線161的直徑為玉微米〜;'〇〇、 ©米，長度為50毫米〜1〇〇毫米。 所述線狀奈米碳管結構16〇中的奈米碳管為單 碳管、雙壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。當所述線狀^ 碳管結構160中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，= 管的直徑為〇.5奈米〜5〇奈米。當所述線狀：米^ 結構160中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁太二 官的直徑為1.0奈米〜50奈米。當所述線狀奈米碳管ς = 160中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁^ ❿直徑為1·5奈米〜50奈米。 μ y、反吞的 第- Ϊ ϋ:電：3 4和第二電極14由導電材料組成，該 f電極12和第二電極14的形狀不限，可為 金屬片或者金屬引線。優選地，第一電極12和第二雷極 IT為;膜。該導電薄膜的厚度為〇.5奈米〜⑽ 二録锡氣化 可為金屬、 :性奈米碳管等。該金屬或合金材料可為：電:二物:導 '鈦、敍、鈀、鎚或其任意組合的合金》本實φ 所述笫一雪扠11 i杜 本貫施例t， 電極12和第二電極14的材料為金屬把臈，厚度 11 201006299 -為5奈米。所述金屬鈀與奈米碳管具有較好的潤濕效果， .有利於所述第一電極12及第二電極14與所述加熱層Μ 之間形成良好的電接觸’減少歐姆接觸電阻。 所述之第一電極12和第二電極14可設置在加熱層 16的同一表面上也可設置在加熱層16的不同表面上。其 中，第一電極12和第二電極14間隔設置，以使加埶層 16應用於面熱源1〇時接入一定的阻值避免短路現‘象】 生。所述第一電極12和第二電極14的設置位置與 碳管結構16〇的排列相關，至少部分線狀奈米碳管 、，，。構160的兩端分別與所述第一電極12 電連接。 电性丄4 另，所述之第一電極12和第二電極14也可通過一 電枯結劑（圖未示）設置於該加熱層16的表 劑為銀膠 均不:二置第目一的電極12和第二電極14的結構和材料 流。因此，了述第電 吏Γ加熱層16中流過電 電極12和第二電極14只需要導電， ㊁内述加熱層16之間形成電接觸都在本發明的保護範 所述絕緣保謹層Ί ς 4 u , . 15為一可選擇結構，其材料為— 、.橡膠、樹脂等。所述絕緣保護層15厚度；^ 限’可根據實際情況撰摆 ^ 不 述第一雷搞U、擇。所述絕緣保護層15覆蓋於所 - 、第一電極14和加熱層16之上，可使該 Φ ==現第一電極12和第二電極“與加熱層= 還可將所述第一電極12和第二電極14 = 疋於加熱層16的表面上。本實施例優選的導電粘結 12 201006299 ▼面熱源Η)在絕緣狀態T使用，同時還可避免所述加 • 的奈米碳管吸附外界雜質。本實施例中，該絕緣i 護θ 15的材料為橡膠，其厚度為〇 5〜2毫米。 “ 本技術方案實施例的面熱源1〇在使用時，可 =的第-電極12和第二電極14連接導線後接入電源 在接入電源後熱源10中的線狀奈米碳管結構16〇即可輕射 出一定波長範圍的電磁波。所述面熱源2G可與待加熱物體 的表面直接接觸。或者，由於本實施例中作為加熱層16 ©，線狀奈米碳管結構160令的奈米碳管具有良好的導電性 能，且該線狀奈米碳管結構160本身已經具有一定的自支 撐性及穩定性’所述面熱源2〇可與待加熱物體相隔一 距離設置。 本技術方案實施例中的面熱源1〇線上狀奈米碳管結 構160的面積大小一定時，可通過調節電源電壓大小和加 ，層16的厚度，可輻射出不同波長範圍的電磁波。電源電 壓的大小一定時，加熱層16的厚度和麵熱源1〇輻出電磁 ❹波的波長的變化趨勢相反。即當電源電壓大小一定時，加 熱層16的厚度越厚，面熱源1〇輻出電磁波的波長越短， 該面熱源10可產生一可見光熱輻射；加熱層16的厚度越 薄，面熱源10輻出電磁波的波長越長，該面熱源i◎可產 生一紅外線熱輻射。加熱層16的厚度一定時，電源電壓的 大丨和麵熱源1 〇輻出電磁波的波長成反比。即當加熱層 16的厚度一定時，電源電壓越大，面熱源1〇輻出電磁波 的波長越短，該面熱源1〇可產生一可見光熱輻射；電源電 瓦越小’面熱源1 〇輪出電磁波的波長越長，該面熱源1 〇 可產生一紅外熱輻射。 13 201006299 • $米碳f具有良好的導電性能以及熱穩枝，且作為 * -理想的黑體結構，具有比較高的純射效率。將該面熱 露在氧化性氣體或者大氣的環境中，其中線狀奈ϊ 構的厚度為5毫米，通過在10伏〜3G伏調節電源電 該面熱源1〇可輻射出波長較長的電磁波。通過溫度測 里儀發現該面熱源10的溫度為5(rc〜5〇〇t>c。對於且 f結構的物體來說，其所對應的溫度為20(TC〜45代時^ 二U人眼看不見的熱輪射（紅外線），此時的熱輕射最穩 ©疋、效率最高。應用該線狀奈米碳管結構製成的發熱元件： 可應用於電加熱器、紅外治療儀、電暖器等領域。 進一步地，將本技術方案實施例中的面熱源10放入一 =裝置中’通過在80伏〜150伏調節電源電壓，該面熱 “、〇可輻射出波長較短的電磁波。當電源電壓大於15〇 該面熱源10陸續會發出紅光、黃光等可見光。通過 ▲度測量儀發現該面熱源10的溫度可 此時會產生-普通熱輻射。隨著電源電壓的進一=， ❹=熱源10還能產生殺死細菌的人眼看不見的射線（紫外 Ρ ，可應用於光源、顯示器件等領域。 所述之面熱源具有以下優點：第一，由於奈米碳管具 =較好的強度及韌性，線狀奈米碳管結構的強度較大， 較好，不易破裂，使其具有較長的使用壽命。第二， 白狀奈米碳管結構中的奈米碳管均勻分佈，因此具有均 :的厚度及電阻’發熱均勾，奈米碳管的電熱轉換效率 故該面熱源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度 你、j射效率高的特點。第三，奈米碳管的直徑較小， 于春狀不米碳管結構具有較小的厚度，可製備微型面 14 .201006299 熱源’應用於微型器件的加敎。第四Jm ii, 石山與处姐. …第四’複數個線狀奈米 厌g、，，〇構父又形成一夕層結構以提供一定的支撐作 使奈米碳管複合結構具有更好的韌性。第五，線 =管結構可通〃過從奈米碳管陣列中拉取後作進一步：理 得到，方法簡單且有利於大面積面熱源的製作。
θ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”°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。舉凡熟悉本案技藝 之人士援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係本技術方案實施例的面熱源的結構示意圖。 圖2係圖1的π_π剖面示意圖。 圖3係本技術方案實施例束狀結構的線狀奈米碳管結 構的結構示意圖。 ❹ 圖4係本技術方案實施例絞線狀結構的線狀奈米碳管 結構的結構示意圖。 圖5係本技術方案實施例束狀結構的奈米碳管長線的 掃描電鏡照片。 圖6係本技術方案實施例絞線狀結構的奈米碳管長線 的掃插電鏡照片。 【主要元件符號說明】 面熱源 1() 第一電極 19 15 201006299 • 第二電極 14 • 絕緣保護層 15 加熱層 16 線狀奈米碳管結構 160 奈米碳管長線 161 反射層 17 基底 18
16