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發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 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】 [0002] 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， 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、科研領域或生活領域等，如電加熱器、紅外治療儀 、電暖器等。 [0003] 先前面熱源一般包括一加熱層和至少兩個電極，該至少 兩個電極設置於該加熱層的表面，並與該加熱層的表面 電連接。當連接加熱層上的電極通入低電壓電流時，熱 量立刻從加熱層釋放出來。現在市售的面熱源通常採用 金屬製成的電熱絲作為加熱層進行電熱轉換。然而，電 熱絲的強度不高易於折斷，特別係彎曲或繞折成一定角 度時，故應用受到限制。另，以金屬製成的電熱絲所產 生的熱量係以普通波長向外II射的，其電熱轉換效率不 高不利於節省能源。 [0004] 非金屬碳纖維導電材料的發明為面熱源的發展帶來了突 破。採用碳纖維的加熱層通常在碳纖維外部塗覆一層防 水的絕緣層用作電熱轉換的元件以代替金屬電熱絲。由 於碳纖維具有較好的韌性，這在一定程度上解決了電熱 09712826#單編號 A〇101 第3頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年.10月18曰修正替換頁 絲強度不高易折斷的缺點。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 纖或者棉線的導電芯線。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 根表面黏塗有遠紅外塗料的棉線纏繞而成。導電芯線中 加入黏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纖維發出的熱量能以紅外波長向 外輻射8 [0005] 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 纖維本身的電熱轉換效率較低，需加入黏塗有遠紅外塗 料的棉線提高電熱轉換效率，不利於節能環保；第三， 需先製成碳纖維熱源線再製成加熱層，不利於大面積製 作，不利於均勻性的要求，同時，不利於微型面熱源的 製作。 [0006] 有鑒於此，提供一種具有強度大，電熱轉換效率較高， 有利於節省能源且發熱均勻，大小可控，可製成大面積 或者微型的面熱源實為必要。 【發明内容】 [0007] —種面熱源，該面熱源包括一第一電極、一第二電極和 一加熱層。所述第一電極和第二電極間隔設置於該加熱 層上，並與該加熱層電接觸。該加熱層包括複數個線狀 ό麵26产單编號A〇101 第4頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年10月18日修正替換頁 奈米碳管結構。 [0008] 相較於先前技術，所述之面熱源具有以下優點：第一， 由於奈米碳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、熱交換速度快的特點。第三，奈米碳管的直徑較 小，使得線狀奈米碳管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。 【實施方式】 [0009] 以下將結合附圖詳細說明本技術方案面熱源。 [0010] 請參閱圖1及圖2，本技術方案實施例提供一種面熱源10 ，該面熱源10包括一基底18、一反射層17、一加熱層16 、一第一電極12、一第二電極14和一絕緣保護層15。所 述反射層17設置於基底18的表面。所述加熱層16設置於 所述反射層17的表面。所述第一電極12和第二電極14間 隔設置於所述加熱層16的表面，並與該加熱層16電接觸 ，用於使所述加熱層16中流過電流。所述絕緣保護層15 設置於所述加熱層16的表面，並將所述第一電極12和第 二電極14覆蓋，用於避免所述加熱層16吸附外界雜質。 [0011] 所述基底18形狀不限，其具有一表面用於支撐加熱層16 或者反射層17。優選地，所述基底18為一板狀基底，其 材料可為硬性材料，如：陶竞、玻璃、樹脂、石英等， 亦可選擇柔性材料，如：塑膠或柔性纖維等。當為柔性 1013399291-0 09712826#單編號A〇1〇l 第5頁/共20頁 1380733 r—- 101年.10月18日核正替换頁 材料時，該面熱源10在使用時可根據需要彎折成任意形 狀。其中，基底18的大小不限，可依據實際需要進行改 變。本實施例優選的基底18為一陶瓷基板。另，當加熱 層16具有一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。 [0012] 所述反射層17的設置用來反射加熱層16所發的熱量，從 而控制加熱的方向，用於單面加熱，並進一步提高加熱 的效率。所述反射層17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17 為三氧化二鋁層，其厚度為100微米~0. 5毫米。該反射層 17可通過濺射或其他方法形成於該基底18表面。可以理 解，所述反射層17也可設置在基底18遠離加熱層16的表 面，即所述基底18設置於所述加熱層16和所述反射層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16可直接設置在基 底18的表面，此時面熱源10的加熱方向不限，可用於雙 面加熱。 [0013] 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160平行鋪設，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之間交叉 的角度不限。所述相鄰兩個平行的線狀奈米碳管結構160 之間的距離為0微米〜30微米。本實施例中，優選相鄰兩 個平行的線狀奈米碳管結構160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160排列或者鋪設 的方式不限，只需確保形成一均勻的加熱層16即可。進 _282一單编號 A〇101 第6頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年10月18日梭正替換頁 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 述支撐體18表面，以確保流經線狀奈米碳管結構160的電 流最大。所述交叉鋪設的線狀奈米碳管結構160具有很好 的韌性與自支撐性，無需基底18。當面熱源10不包括基 底18時，所述反射層17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毫米〜25毫米。 [0014] 所述線狀奈米碳管結構160包括至少一根奈米碳管長線 161。諳參閱圖3及圖4，優選地所述線狀奈米碳管結構 160係由多根奈米碳管長線161組成的束狀結構或者由多 根奈米碳管長線161組成的絞線結構。所述線狀奈米碳管 結構160的直徑為20微米〜2毫米，其大小由奈米碳管長線 161的根數及直徑大小決定，奈米碳管長線161的直徑越 大，根數越多，線狀奈米碳管結構160的直徑越大，反之 ，線狀奈米碳管結構160的直徑越小。所述線狀奈米碳管 結構160的長度大小由奈米碳管長線161的長度大小決定 。本實施例中所述線狀奈米碳管結構160係由多根奈米碳 管長線161組成的束狀結構，直徑為50微米。 « [0015] 請參閱圖5及圖6，所述奈米碳管長線161係由複數個首尾 相連的奈米碳管束組成的束狀結構或者絞線結構。所述 奈米碳管長線包括沿奈米碳管長線1 61的軸向方向擇優取 向排列的奈米碳管。具體地，所述束狀結構的奈米碳管 長線161可通過有機溶劑處理所述奈米碳管薄膜，或者通 過直接拉取較窄寬度的奈米碳管陣列獲得。該奈米碳管 長線1 61中奈米碳管沿奈米碳管長線的軸向方向平行排列 097麗單編號A_ 1013399291-0 第7頁/共20頁 1380733 _ 101年10月18日修正替换頁 。所述絞線結構奈米碳管長線161可通過對束狀結構的奈 米碳管長線161施加機械外力扭轉獲得。扭轉後該奈米碳 管長線161中奈米碳管沿奈米碳管長線的軸向方向螺旋排 列。 [0016] 所述奈米碳管長線161的直徑與長度和奈米碳管陣列所生 長的基底的尺寸有關。可根據實際需求制得。本實施例 中，採用氣相沈積法在4英寸的基底生長超順排奈米碳管 陣列。所述奈米碳管長線161的直徑為1微米〜100微米， 長度為50毫米〜100毫米。 [0017] 所述線狀奈米碳管結構160中的奈米碳管為單壁奈米碳管 、雙壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。當所述線狀奈米碳 管結構160中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米 碳管的直徑為0.5奈米~50奈米。當所述線狀奈米碳管結 構160中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管 的直徑為1.0奈米〜50奈米。當所述線狀奈米碳管結構 160中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的 直徑為1.5奈来〜50奈米。 [0018] 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14均 為一層導電薄膜。該導電薄膜的厚度為0.5奈米〜100微米 。該導電薄膜的材料可為金屬、合金、銦錫氧化物（I TO )、銻錫氧化物（ΑΤΟ)、導電銀膠、導電聚合物或導電 性奈米碳管等。該金屬或合金材料可為铭、銅、鶴、钥 、金、鈦、鉉、鈀、鉋或其任意組合的合金。本實施例 謝脳产單编號Α0101 第8頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年.10月18日梭正替换頁 中，所述第一電極12和第二電極14的材料為金屬鈀膜， 厚度為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 16之間形成良好的電接觸，減少歐姆接觸電阻。 [0019] 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，以使加熱層16應用於 面熱源10時接入一定的阻值避免短路現象產生。所述第 一電極12和第二電極14的設置位置與線狀奈米碳管結構 160的排列相關，至少部分線狀奈米碳管結構160的兩端 分別與所述第一電極12和第二電極14電連接。 [0020] 另，所述之第一電極12和第二電極14也可通過一導電黏 結劑（圖未示）設置於該加熱層16的表面上，導電黏結劑 在實現第一電極12和第二電極14與加熱層16電接觸的同 時，還可將所述第一電極12和第二電極14更好地固定於 加熱層16的表面上。本實施例優選的導電黏結劑為銀膠 〇 [0021] 可以理解，第一電極12和第二電極14的結構和材料均不 限，其設置目的係為了使所述加熱層16中流過電流。因 此，所述第一電極12和第二電極14只需要導電，並與所 述加熱層16之間形成電接觸都在本發明的保護範圍内。 [0022] 所述絕緣保護層15為一可選擇結構，其材料為一絕緣材 料，如：橡膠、樹脂等。所述絕緣保護層15厚度不限， 可根攄實際情況選擇。所述絕緣保護層15覆蓋於所述第 09712826#單編號 A〇101 第9頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年10月18日修正替换頁 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熱層16中的 奈米碳管吸附外界雜質。本實施例中，該絕緣保護層15 的材料為橡膠，其厚度為0. 5〜2毫米。 [0023] 本技術方案實施例的面熱源10在使用時，可先將面熱源 10的第一電極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160即可輻射出 一定波長範圍的電磁波。所述面熱源20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 的線狀奈米碳管結構160中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20可與待加熱物體相隔一定 的距離設置。 [0024] 本技術方案實施例中的面熱源1 〇線上狀奈米碳管結構1 6 〇 的面積大小一定時，可通過調節電源電壓大小和加熱層 16的厚度’可輕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的厚度和面熱源1〇輻出電磁波 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 /專，面熱源1 〇輻出電磁波的波長越長，該面熱源1 〇可產 生一紅外線熱轄射。加熱層16的厚度一定時’電源電壓 的大小和面熱源10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10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 09712826#單編號A0101 第10.頁/共20頁 1013399291-0 1380733 101年.10月18日修正替换頁 源電壓越小，面熱源10輻出電磁波的波長越長，該面熱 源10可產生一紅外熱輕射。 [0025] 奈米碳管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，具有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，其中線狀奈 米碳管結構的厚度為5毫米，通過在10伏-30伏調節電源 電壓，該面熱源10可輻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50°C〜500°C。對於具 有黑體結構的物體來說，其所對應的溫度為200°C~450°C 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。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。 [0026] 進一步地，將本技術方案實施例中的面熱源10放入一真 空裝置中，通過在80伏〜150伏調節電源電壓，該面熱源 10可輻射出波長較短的電磁波。當電源電壓大於150伏時 ，該面熱源10陸續會發出紅光、黃光等可見光。通過溫 度測量儀聲現該面熱源10的溫度可達到1 500°C以上，此 時會產生一普通熱輻射。隨著電源電壓的進一步增大， 該面熱源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。 [0027] 所述之面熱源具有以下優點：第一，由於奈米碳管具有 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 隱腿#單編號A0101 第11頁/共20頁 1013399291-0 1380733 - 101年10月18日梭正替換頁 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、熱交換速度 快、輻射效率高的特點。第三，奈米碳管的直徑較小， 使得線狀奈米碳管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。第四，複數個線狀奈米 碳管結構交叉形成一多層結構以提供一定的支撐作用， 使奈米碳管複合結構具有更好的韌性。第五，線狀奈米 碳管結構可通過從奈米碳管陣列中拉取後作進一步處理 得到，方法簡單且有利於大面積面熱源的製作。 [0028] 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】 [0029] 圖1係本技術方案實施例的面熱源的結構示意圖。 [0030] 圖2係圖1的Π - Π剖面示意圖。 [0031] 圖3係本技術方案實施例束狀結構的線士奈米碳管結構的 結構示意圖。 [0032] 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。 [0033] 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。 · [0034] 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 09712826#單编號 A〇101 第 12 頁 / 共 20 頁 1013399291-0 1380733 101年.10月18日修正替換頁 描電鏡照片。 【主要元件符號說明】 [0035] 面熱源：10 [0036] 第一電極：1 2 [0037] 第二電極：14 [0038] 絕緣保護層：15 [0039] 加熱層：16 [0040] 線狀奈米碳管結構：160 [0041] 奈米碳管長線：161 [0042] 反射層：17 [0043] 基底：18 09712826#單編號 A〇101 第13頁/共20頁 1013399291-0