201008356 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 .的面ίΓ涉及—種面熱源，尤其涉及—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、科研令起著重要的作用。 ::源係熱源的一種，其特點為面熱源具有一平面結構， ^寺加，物體置於該平面結構的上方對物體進行加敎， ❹磨：可對待加熱物體的各個部位同時加熱，加熱面 :、、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 ，丨、雨f::熱源一般包括一加熱層和至少兩個電極，該至 電=置於該加熱層的表面，並與該加熱層的表面 - 田接加熱層上的電極通入低電壓電流時，埶量 層釋放出來。現在市售的面熱源通常採用：屬 參絲作為加熱層進行電熱轉換。然而，電熱絲的 鹿折斷’特別係，曲或繞折成-定角度時，故 :並U二。另’以金屬製成的電熱絲所產生的熱量係 能二^ / °夕卜輕射的’其電熱轉換效率不高不利於節省 非，屬碳纖維導電材料的發明為面熱源的發展帶來了 ^ 米用妷纖維的加熱層通常在碳纖維外部塗覆一層防 碳作電熱_的元件以代替金屬電熱絲。由於 、較好的韌性，這在一定程度上解決了電熱絲強 201008356 度不咼易折斷的缺點。然而，由於碳纖維仍係以普通波長 向外散熱，故並未解決電熱轉換率低的問題。為解決上述 問題，採用碳纖維的加熱層一般包括多根碳纖維熱源線鋪 •設而成。該碳纖維熱源線為一外表包裹有化纖或者棉線的 V電心線該化纖或者棉線的外面浸塗一層防水阻燃絕緣 材料。所述導電芯線由多根碳纖維與多根表面粘塗有遠紅 .外塗料的棉線纏繞而成。導電芯線中加入粘塗有遠紅外塗 料的棉線，一來可增強芯線的強度，二來可使通電後碳導 ϋ纖維發出的熱量能以紅外波長向外輻射。 然而，採用碳纖維紙作為加熱層具有以下缺點：第一， 碳纖維強度不夠大，柔性不夠好，容易破裂，需要加入棉 線提高碳纖維的強度，限制了其應有範圍；第二，碳纖維 本^的電熱轉換效率較低，需加入枯塗有遠紅外塗料的棉 線提高電熱轉換效率，不利於節能環保；第三， J纖維熱源線再製成加熱層’不利於大面積製作，不利於 =勻I·生的要求’同時，不利於微型面熱源的製作。 ❾ 有#於此’提供—種具有強度大’電熱轉換效率較高， 源且發熱均句’大小可控，可製成大面積或 者从型的面熱源實為必要。 【發明内容】 設置於源’其包括·一基底；-加熱層，該加熱層 敎層電面；至少兩電極間隔設置且分別與該加 二中’所述加熱層包括-奈米碳管層，該夺 “厌s層包括複數個相互纏繞的奈米碳管。 所、成i目ϊ與先前技術’所述之面熱源具有以下優點：第-， 、不米碳管層巾的奈米碳f無序㈣，具有报好的動 201008356 ，丄可，曲折疊成任意形狀而不破裂，故具有較長的使用 f命。第二’奈米碳管層中的奈米碳管均句分佈，奈米碳 s層具有2勻的厚度及電阻，發熱均勻’奈米碳管的電熱 •轉換效率尚，故該面熱源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交 ，，度陕的特點。第三’奈米碳管的直經較小，使得奈米 石反营層具有較小的厚度，可製備微型面熱源，應用於微型 器件的加熱。 f 【實施方式】 ❹ =下將結合附圖詳細說明本技術方案面熱源。 請參閱圖1及圖2,本技術方案實施例提供一種面献 源1〇,該面熱源10包括一基底18、一反射層17、一加 :、層16第-電極12、—第二電極14和—絕緣保護 層15。所述反射層17設置於基底18的表面。所述加埶 ^ 16設置於所述反射層17的表面。所述第—電極^ 第二電極14間隔設置，並分別與該加熱層16電接觸， 用於使所述加熱層16卡流過電流。所述絕緣保護層Η 〇，置於所述加熱層16的表面，並將所述第一電極Η和 =二電極14覆蓋1於避免所述加熱層16吸附外界雜 質。 所述基底18形狀不限，其具有—表面用於支樓加熱 曰或者反射層17。優選地，所述基底18為一板狀美 =其：料可為硬性材料’如：陶竞、玻璃、樹脂、二 央專’亦可選擇柔性材料’如：塑膠或柔性纖維等。杏 =料該面熱源1〇在使用時可根據需要弯折： 任思形狀。其中，基底18的大小不限，可依據實際 進行改變。本實施例優選的基底18為一陶瓷基板。 8 201008356 量，層17的設置用來反射加熱層16所發的熱 :加：二！熱的方向，用於單面加熱，並進-步提 •:=屬率氧=反㈣17的材料為一白色絕緣材 •反射声以屬^ 金屬鹽或陶瓷等。本實施例中， 該；5 ^品二氧化二鋁層，其厚度為100微米〜〇.5毫米。 =叮、17可通過減射或其他方法形成於該基底以表 = Γ 所述反射層17也可設置在基底18遠離 和即所述基底18設置於所述加熱層16 ❹^述反射層17之間，進—步加強反射層17反射敎量 的作用。所述反射層17為—可選擇的結構。所述加熱層 ^接5又置在基底18的表面，此時面熱源10的:埶 方向不限，可用於雙面加熱。 ”、、 所述加熱層16設置於基底18的表面’用於加熱。所 熱層16包括-奈米碳管層，該奈米碳管層本身具有 疋的粘性，可利用本身的粘性設置於基底18的表面， 可通過枯、（劑s又置於基纟18的表面。所述之枯結劑為 ❹:膠。該奈来碳管層的長度、寬度和厚度不限，可根據 實際需要選擇。本技術方案提供的奈米碳管層的長度為 1〜10厘米，寬度為1〜10厘米，厚度為i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。在 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相互纏繞的奈米碳管，請參閱 圖3。所述之奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引二纏 繞，开> 成網路狀結構。該奈米碳管層中，奈米碳管為均 9 201008356 勻分佈，無規則排列，使得該奈米碳管層呈各向同性； 奈米碳管相互纏繞’故該奈米碳管層具有很好的柔韌 性’可彎曲折疊成任意形狀而不破裂，請參閲圖4。該奈 米碳管層中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、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0.5奈米〜10奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1〇 奈米〜15奈米’多壁奈米碳管的直徑為ι.5奈米〜5〇奈米。 *亥奈米奴管的長度大於50微米。本實施例中，奈米碳管 ❹的長度優選為200〜900微米。 本實施例中，加熱層16採用厚度為1〇〇微米的奈米 碳官層。該奈米碳官層的長度為5厘米，奈米碳管層的 寬度為3厘米。利用奈米碳管層本身的粘性，將該奈米 碳管層設置於基底18的表面。 所述第一電極12和第二電極14由導電材料組成，該 第一電極12和第二電極14的形狀不限，可為導電薄膜、 金屬片或者金屬引線。優選地，第一電極12和第二電極 ❹Li句為：ίΠ薄膜。該導電薄膜的厚度為〇.5奈米〜_ 微未。該導電薄膜的材料可為金屬、合金、銦錫氧化物 録錫氧化物（ΑΊΌ)、導電銀膠 '導電聚合物或導 =性不未碳管等。該金屬或合金材料可為銘、銅、鶴、銷、 所诚把、絶或其任意組合的合金。本實施例中， 電極12和第二電極14的材料為金屬鈀膜，厚声 有利二述金屬1巴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 之間形成良好的電接觸，減少歐姆接觸電阻。♦、日 所边之第-電極12和第二電極14可設置在加熱^ 201008356 16的，表面上也可設置在加熱層i6的不同表面上。其 二庙第田一電極12和第二妹14間隔設置，以使加熱層 於面熱源10時接入一定的阻值避免短路現象產 ==作為加熱層16的奈米碳管層本身有很好的粘附 電極12和第二電極14直接就可與奈米碳管 層之間形成很好的電接觸。 另，所述之第一電極12和第二電極14也可通過一 電粘結劑(圖未不)設置於該加熱層16的表 ❹現第一電極12和第二電極14與加熱二接 觸的同時，還可將所述第一電極12和第二電極Η更好 加熱層16的表面上。本實施例優選的導電枯結 劑為銀膠。 ° 乂理解帛電極12和第二電極14的結構和材料 :不限’其設置目的係為了使所述加熱層16中流過電 :斑^所述第一電極12和第二電極14只需要導電， m ^处加熱層16之間形成電接觸都在本發明的保護範 圍内。 =述絕緣保護層15為—可選擇結構，其材料為一絕 ，材料，如：橡膠、樹脂等。所述絕緣保護層15厚度不 =可根據實際情況選擇。所述絕緣保護層15覆蓋於所 述第一電極12、第二電極14和加熱層16之上，可使該 面熱源10在絕緣狀態下使用’同時還可避免所述加埶層 中的奈来碳管吸附外界雜質。本實施例中，該絕緣保 谩層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10在使用時，可先將面熱 Μ切的第一電極12和第二電極14連接導線後接入電源: 11 201008356 2入電源後熱源10 t的奈米碳管層即可輻射 長範圍的電磁波。所述面献源20 ϋ # 4 # / ^ …、席2U 了與待加熱物體的表面直 2觸。或者’由於本實施例中作為加熱層 層中的奈米碳管具有良好的導電性 ”未厌g •身P绍且古一 — ΛΑ ώ ^且該奈米碳管層本 =物穩定性，所述面熱源20可與 捋加熱物體相隔一定的距離設置。 稽大案實施例中的面熱源10在奈米碳管層的面 積大小疋時，可通過調節電源電壓大小和夺米 ❹厚二可輻射出不同波長範圍的電磁波。電源電 小 二奈米:炭管層的厚度和麵熱源、1〇 的波長 t即虽電源電壓大小一定時，奈米碳管層的厚度越 2面熱源iO輻出電磁波的波長越短，該面熱源1〇可產 一可見錢輻射’·奈米碳管層的厚度越薄，面轨源ι〇 t出電磁波的波長越長，該面熱源10可產生-紅外線就輻 10=碳管層的厚度一定時，電源電壓的大小和麵熱源 10輻出電磁波的波長成反比。即當奈米碳管層的厚度一定 β時，電源電壓越大，面熱源W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；電源電壓越小，面熱源 1〇輻出電磁波的波長越長，該面熱源1〇可產生一紅外熱 輻射。 、… 奈米碳官具有良好的導電性能以及熱穩定性，且作為 一理想的黑、體結構’具冑比較高的熱輻射效率。將該面熱 源10暴露在氧化性氣體或者大氣的環境中，其中奈米碳管 層的厚度為5毫米，通過在1〇伏〜3〇伏調節電源電壓，該 面熱源10可輕射出波長較長的電磁波。通過溫度測量儀發 現該面熱源10的溫度為5〇〇c〜5〇(rc。對於具有黑體結構 12 201008356 ，其所對應的溫度為2〇〇t〜45(rc時就能發出 率爭\ ^的熱輕射（紅外線），此時的熱輻射最穩定、效 力赦二用°亥奈米奴菅層製成的發熱元件，可應用於電 口…、益、紅外治療儀、電暖器等領域。 =一步地j將本技術方案實施例中的面熱源1〇放入— 、、/i 置中通過在80伏〜150伏調節電源電壓，該面熱 ❹ "' .可輻射出波長較短的電磁波。當電源電壓大於15〇 二’ ^面熱源、1〇陸續會發出紅光、黃光等可見光。通過 二=凋置儀發現該面熱源1〇的溫度可達到15〇〇艺以上， _會產生一普通熱輻射。隨著電源電壓的進一步增大， =熱源10還能產生殺死細菌的人眼看不見的射線（紫外 光），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―，由於奈米碳管具 ^較好㈣度幼性，奈㈣f層的強度較大，奈米碳管 太的柔性好’不易破裂，使其具有較長的使用壽命。第二， 不米碳管層中的奈米碳管均勻分佈，奈米碳管層具有均勻 、^度及電阻，發熱均勻，奈米碳管的電熱轉換效率高， 故該面，源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快、輕 ^效率尚的特點。第三，奈米碳管的直徑較小，使得奈米 ，管層具有較、的厚度，可製備微型面㈣，應用於微型 器件的加熱。 θ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 =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。 13 201008356 [圖式簡單說明】 圖1為本技術方案實施例的面熱源的結構示意圖。 圖2為圖1沿線的剖面示意圖。 圖3為本技術方案實施例的奈米碳管層的掃描電鏡照 圖4為本技術方案實施例的奈米碳管層的照片。 【主要元件符號說明】 面熱源 10 第一電極 12 第二電極 14 絕緣保護層 15 加熱層 16 反射層 17 基底 18