201006300 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種線熱源，尤其涉及一種基於奈米碳管 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一，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10，其包括一 中空圓柱狀支架102 ; —加熱層1〇4設置於該支架1〇2表 面’ 一絕緣保護層106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11〇與加熱層1〇4卡固於 支架102兩端。其中，電極11〇通常採用一金屬片、金屬 絲、金屬膜、銦錫氧化物（IT0)層、銻錫氧化物（AT〇) 層、導電銀膠層或導電聚合物層等。當通過兩個電極ιι〇 對該線熱源10施加一電壓時，所述電熱層1〇4產生焦耳 熱’並向周圍進行熱輻射。 然而，採用金屬片、金屬絲、金屬膜、銦錫氧化物（ΙΊΌ) 層、鍊錫氧化物（ΑΤ〇)層、導電銀膠層或導電聚合物層 作為線熱源的電極具有以下缺點：第一，該電極的 較大’故，對電能的損耗也較大。第三，該電極的柔動性 及機械強度差，長期折疊容易斷裂，使用壽命短，不易應 用於柔性線熱源。第三，該電極的密度較大，重量大，使 201006300 用不便。 * 、有鑒於此，提供一種電極的電阻率較小，柔韌性及機 ’械強度高’長期折疊不易斷裂，且密度小，重量輕的線熱 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 _的表面以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，所述電極中，至少一個電極 •包括-奈米碳管結構。 、相較於先前技術，所述的線熱源具有以下優點：其一， 不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，奈米碳管的優異的力 學特性使得奈米碳管結構具有很好的柔勃性及機械強度， 故/木用奈米碳管結構作電極，可相應的提高線熱源，尤 其係柔性線熱源的耐用性，故，該線熱源使用壽命長；其 ❹三，奈米碳管密度小，故，該線熱源重量輕，使用方便。 【實施方式】 以下將結合附圖詳細說明本技術方案提供的線熱源。 、請參閱圖2至圖4，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 設置於該線狀基底202的表面；一加熱層2〇4設置於所述 反射層210表面；兩個電極206間隔設置於該加熱層2〇4 的表面，且與該加熱層204電連接；以及一絕緣保護層2〇8 設置於該加熱層204的表面。所述線熱源2〇的長度不限， 201006300 .直徑為〇·1微求〜1.5厘米。本實施例的線熱源、2〇的直徑優 選為1.1毫米〜1.1厘米。 參 '所述線狀基底202用於支撐加熱層2〇4，其材料可為 硬性材料，如··陶冑、玻璃、樹脂、石英等，亦可選擇柔 性材料’如：塑膠或柔性纖維等，用以使該線熱源2〇使用 時根據需要f折成任意形狀。所述線狀基底2〇2的長度、 直徑以及形狀不限，可依據實際需要進行選擇。本實ς例 優選的線狀基底2〇2為一陶究桿，其直徑為i毫米〜卫厘米。 所述反射層210的材料為一白色絕緣材料，如： 氧化物、金屬鹽或陶究等。本實施例中，反射層21〇的材 料優選三氧化二鋁’其厚度為⑽微米〜〇5毫米。該反射 層210通過蒸發或濺射的方法沈積於該線狀基底加表 面。所述反射層210用來反射加熱層綱所發㈣量，使 其有效的散發到外界空間去，故，該反㈣2 擇結構。 』選 所述加熱層204的材料不限，其可為金屬絲層、電献 η 維層或奈米碳管層。當採用奈求碳管層作為加； 營。_太乎# “ 廣匕括複數個均句分佈的奈米碳 & μ 層中的奈米碳管有序排列或無序 ===度為0.01微米〜2毫米。該奈米碳管層中 的ΐ未石厌官包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米 石反官中的y種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為Μ奈 米1〇二米/雙壁奈米碳管的直徑為奈米〜15奈米，多 壁奈米％i &的直㈣15奈米〜5()奈米。該奈米碳管的長 201006300 度為200〜900微米。 ’ 該奈米碳管層可包裹或纏繞於所述反射層21〇的表 ‘面，或通過黏結劑固定於所述反射層210的表面。可以理 解，當沒有反射層210時，該奈米碳管層可直接設置於線 裝基底202的表面。奈米碳管具有良好的導電性能以及敎 穩定性’作為-理想的黑體結構，且具有比較高的熱輕射 效率。 所述電極206可設置於加熱層204的同 ❹ ▼-， 表面上也可 設置於加熱層204的不同表面上，且與加熱層綱電連接。 所述電極206可通過奈米碳管層的黏性或導電黏結劑（圖 未不）設置於該加熱層204的表面上。導電黏結劑於實現電 極206與奈米碳管層電接觸的同時，還可將電極施更好 地固定於奈米碳管層的表面上。通過該兩個電極施可對 !^層204進行施加電壓。其中，兩個電極高之間相隔 ,又以使W奈米碳管層的加熱層珈通電發熱時接入 •二==免短路現象產生。優選地，將電極施環繞 叹置於加熱層204的表面。 所=2極施中至少一個電極2〇6包括一奈米碳管 ^纏^ 結構設置於線裝基底2〇2的兩端，並包 定於所心3加熱層2G4的表面’或通過導電黏結劑固 疋於所迷加熱層204的表面， 奈米碳管結構中的奈米碳管包括單二電連接。該 碳管及多壁奈米石山壁奈未碳管、雙壁奈米 性夺f石山总〃厌吕#一種或多種。本實施例優選金屬 卡及官。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米，奈 201006300 ^雙壁奈米碳管的直徑為^奈米〜15奈米，多壁 碳官的直徑為1.5奈米〜50奈米。該奈米碳 ：： 於200微米。 又局大 至奈米碳管結構包括一有序奈米碳管薄膜或 至J兩層重疊且交叉設置的有序奈米碳管薄膜，或 奈米碳管長線。 當所述奈米碳管結構包括至少一有序奈米碳管薄膜 時。請參閱圖5,該有序奈米碳管薄膜可通過直接拉伸— 奈米碳管陣列獲得。該有序奈米碳管薄膜包括複數個沿拉 伸方向定向排列的奈米碳管。所述奈米碳管均勾分佈，且 平行於奈米碳管薄膜表面。具體地，請參閱圖6，所述有 序奈米碳管薄膜包括複數個首尾相連且長度相等的奈米碳 管束162。所述奈米碳管束162的兩端通過凡德瓦爾力相 互連接。每個奈米碳管束162包括複數個長度相等且平行 排列的奈米碳管163。所述相鄰的奈米碳管163之間通過 ❿凡德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管的長度為2〇〇〜9〇〇微 米。故，該有序奈米碳管薄膜具有一定的柔韌性，可彎曲 折疊成任意形狀而不破裂，且採用該有序奈米碳管薄膜的 電極260具有較長的使用壽命。 所述有序奈米碳管薄膜係由奈米碳管陣列經進一步處 理得到的，故其長度不限，寬度及奈米碳管陣列所生長的 基底的尺寸有關’可根據實際需求制得。本實施例中，採 用氣相沈積法於4英寸的基底生長超順排奈米碳管陣列。 所述有序奈米碳管薄膜的寬度可為〇〇1厘米〜1()厘米，厚 201006300 度為0.01微米〜 為0.1微米〜微米 微米。有序奈米碳管薄膜 的厚度優選 φ ❿ 另所述有序奈米碳管薄膜還 的長奈米碳管。該長夺枯複數個+订排列 徑為奈米〜5〇 m 厘米〜5厘米，直 管，故，且電二：長奈米碳管為單根奈米碳 於反射層：採用該有序奈米碳管薄臈設置 、，· 、 5 σ…、層204的表面做電極206，可更右兮 的傳導電流，減少電能的損耗。 、…當所述奈米碳管結構包括至少兩層重疊設置时 米石厌管薄膜時，相鄰的有痒太丰# 不 礙六登^士人 反官薄膜之間通過凡德瓦 ♦爾力緊雄、、…進一步，該奈米碳管結構令的有序奈 管薄，的層數不限’且相鄰兩層有序奈米碳管薄膜之間具 有一交叉角度α，恤柳度，具體可依據實際需求製^ 由於該有序奈米碳管薄財的奈米碳管沿同—方 列’故’於奈米碳管排列方向具有優異的導電性。本實施 例通過改變相鄰兩層有序奈米碳管薄臈之間的交又角产 α，可使得該奈米碳管結構於各個方向都具有優異的導ς 性。本實施例中’優選交叉角度α=90度。 當所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管長線時，該 奈米碳管長線纏繞於反射層210或加熱層2〇4的表面 述奈米礙管長線可通過直接拉伸一奈米碳管陣列獲得或拉 伸一奈米碳管陣列後經過扭轉紡紗獲得。所述奈米碳管長 線的直徑為1奈米〜100微米，其長度不限，可根據實際需 求制得。請參見®1 7及圖8 ’所述奈米碳f長線包括複數 11 201006300 個首尾相連的奈米碳管束平行地組成的束狀結構或由複數 個首尾相連的奈米碳管束相互扭轉組成的絞線結構。該相 鄰的奈米碳管束之間通過凡德瓦爾力緊密結合，該奈米碳 官束包括複數個首尾相連且定向排列的奈米碳管。該奈米 碳管的長度為200〜900微米。故，奈米碳管長線具有—定 的柔韌性。 所述奈米碳管結構還可包括複數個奈米碳管長線，且 複數個奈米碳管長線交又且重疊設置於加熱層的表 面。該奈米碳管結構的長度、寬度以及厚度不限，可根據 實際需要製備。由於奈米碳管長線具有的柔祕，故， 4奈米碳官結構可彎曲折疊成任意形狀而不破裂。 由於該奈米碳管長線中的奈米碳管沿著奈米碳管長線 的長度方向排列，&，該奈米碳管長線沿著長度方向具有 ❿ ，小的電阻。故，將該奈米碳管長線纏繞於加熱層204的 表面：電極206’可有效的傳導電流，節約電能。 當只有一個電極206包括一奈米碳管結構時，另— 採用巫屬片金屬絲、金屬膜或導 例優選地，兩個雷托p 寻本貫知 太米碳-… 採用奈米碳管結構製作，且該 :膜疊且交叉設置的50層有序奈米碳管 =膜’相鄰兩層有序奈米碳㈣狀时 反二 度。該奈米碳管έ士槿φ古产夫， 月又為90 米，寬产為序奈米破管薄膜的長度為1厘 太米铲：:士-里;厚度為30微米。本實施例將兩個上述 ΐ碳二:冓分別間隔包裹於加熱層204的表面。由於夺 '、、D構良好的導電性，使得奈米碳管結構與加熱層 12 201006300 204之間形成良好的電連接。 本實施例中，加熱層204採用奈米碳管層。兩個電極 206都採用採用重疊且交叉設置# 1〇層有序奈米碳管薄 膜’相鄰兩層有序奈来碳管薄臈之間交又的角度為9〇度。 該結構可減小加熱層施與電極施之間的歐姆接觸電 阻，提高對電能的利用率。 所述絕緣保護層208的材料為一絕緣材料，如：橡膠、
樹脂等。所述絕緣保護層雇厚度不限，可根據實際情況 選，。本實施财，該絕緣保護層細的材料採用橡膠， 其厚度為0·5〜2毫米。該絕緣保護層施可通過塗敷或包 裹的方法形成於加熱層2G4的表面。所述絕緣保護層期 用來防止3亥線熱源20使用時與外界形成電接觸，同時還可 防止加熱層2〇4中的奈米碳管層吸附外界雜質。該絕緣保 護層208為一可選擇結構。 、該線熱源20使用時’可將其設置於所要加熱的物體表 ❹面或將其與被加熱的物體間隔設置，利用其熱輕射即可進 行加熱。另’還可將複數個該線熱源2〇排列成各種預定的 圖形使用。該線熱源2G可廣泛應用於電加熱器、紅外 儀、電暖器等領域。 ’、 所述的線熱源20具有以下優點：其―，奈米碳管 =低的電阻率’故’該電極細的電阻小，有利於節約電 犯其一，奈米碳管的優異的力學特性使得奈米碳管結構 ^报好的柔祕及機械強度，故，採用奈米碳管結構作 。極206 ’可相應的提高線熱源2〇，尤其係柔性線熱源 13 201006300 .的耐用性，故，該線熱源20使用壽命長；其三，奈米碳管 •密度小，故，該線熱源20重量輕，使用方便。其四，加熱 層204採用奈米礙管層，該奈米破管層具有較高的電熱轉 換效率。其五，加熱層2〇4採用奈米碳管層，電極2〇6採 用奈米碳管結構’可減小加熱層2〇4與電極2〇6之間的歐 姆接觸電阻，提高對電能的利用率。 另，本實施例中，由於奈米碳管具有奈米級的直徑， 使得製備的奈来碳管結構可具有較小的厚度，故，採用小 直徑的線狀基底可製備微型線熱源。奈米碳管具有強的抗 腐蝕性，使其可於酸性環境中工作。而且，奈米碳管具有 極強的穩定性，即使於3〇〇〇〇c以上高溫的真空環境下工作 而不會为解，使該線熱源2〇適合於真空高溫下工作。另， 奈米碳管比同體積的鋼強度高1〇〇倍，重量卻只有其1/6， 故，採用奈米碳管的線熱源2 0具有更高的強度及更輕的重 量。 〇 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的線熱源沿線瓜- JJJ的剖面示意圖。 201006300 . 圖4為圖3的線熱源沿線IV -IV的剖面示意圖。 . 圖5為本技術方案實施例的奈米碳管薄膜的掃描電鏡 照片。 圖6為本技術方案實施例的奈米碳管薄膜的部分放大 結構示意圖。 圖7為本技術方案實施例的束狀結構的奈米碳管長線 的掃描電鏡照片。 圖8為本技術方案實施例的絞線結構的奈米碳管長線 春的掃描電鏡照片。 、 【主要元件符號說明】 線熱源 10, 20 支架 102 加熱層 104, 204 保護層 106 夾緊件 108 電極 線狀基底 110, 206 202 絕緣保護層 208 反射層 210 奈米碳管束 162 奈米碳管 163 15