1380731. 101年10月18日梭正替換頁 六、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輻射的，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 097誦产單編號應01 第3頁/共18頁 1013399288-0 1380731 101年10月18日核ΪΕ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*。該礙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 外輕射。 [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] 一種面熱源，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。該加熱層包括一奈米碳管 單编號删1 第4頁/共18頁 1013399288-0 Γ380731. 1101 年.10 月 層，且該奈米嫂管層包括各向同性'沿一固定方向取向 或不同方向取向擇優排列的複數個奈米碳管。 [0008] 相較與先前技術，所述之面熱源具有以下優點：第一， 奈米碳管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 碳纖維具有更小的密度，故’採用奈米碳管層的面熱源 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，故該面熱源具有升溫迅速、熱 滯後小、熱交換速度快的特點。第四’所述之奈米碳管 層可通過碾壓奈米碳管陣列直接獲得，易於製備，成本 較低。 【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，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] 0打13〇3〇产單蝙號A0101 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：陶瓷、玻璃、樹脂、石英等， 第 5 頁 / 共 18 頁 1013399288-0 1380731 --·~_ 101年.10月18日梭正替换頁 亦可選擇柔性材料，如：塑膠或柔性纖維等。當為柔性 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。 [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包括一奈米碳管層，該奈米碳管層本身具 有一定的黏性，可利用本身的黏性設置於基底18的表面 ，也可通過黏結劑設置於基底18的表面。所述之黏結劑 . 為矽膠。該奈米碳管層的長度、寬度和厚度不限，可根 據實際需要選擇。 [0014] 所述奈米碳管層包括均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管 層中的奈米碳管與奈米碳管層的表面成一夾角α，其中 ，α大於等於零度且小於等於15度（OS α $15°)。優選 地，所述奈米碳管層中的奈米碳管平行於奈米碳管層的 __产單編號删1 第6頁/共18頁 1013399288-0 Γ380731. 101年.10月18日 表 U不米兔官層可通過礙壓一奈米碳管陣列製備， 依據礙壓的方式不同，該奈米碳管層中的奈米碳管具有 不同的排列形式。具體地，奈米碳管可各向同性排列； 當沿f同方向時，奈米碳管沿不同方向擇優取向排 歹J。月參閱圖3 ;當沿同一方向礙壓時，奈米碳管沿一固 疋方向擇優取向排列，請參閱圖4。所述奈米碳管層中的 奈米碳管部分交疊。所述奈米碳管層中奈米碳管之間通 過凡德瓦爾力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管層 具有报好的柔巍，可彎曲折疊成任意形狀而不破裂。 _]該奈米碳管層巾的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈 米炭S及夕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J '丁、米15不米’多壁奈米碳管的直徑為J 5奈求~ 5 〇奈米 。該奈米碳管的長度大於5G微米。奈米碳管的長度大於 50微米，優選地，奈米碳管的長度為2〇〇〜9〇〇微米。 _]該奈米碳管層的面積和厚度不限，可根據實際需要選擇 。該奈米破管層的面積與奈米碳管陣朗生長的基底的 尺寸有關。該奈米碳管層厚度與奈米碳管陣列的高度以 及碾壓的壓力有關，可為i微米〜丨毫米。可以理解，奈米 碳官陣列的咼度越大而施加的壓力越小，則製備的奈米 碳管層的厚度越大；反之，奈米碳管陣列的高度越小而 施加的壓力越大，則製備的奈米碳管層的厚度越小。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fe，反之，奈米碳管層的厚度越小，熱回應速度越快 097130301^單編號 A0101 第7頁/共18頁 1013399288-0 1380731 101年.10月18日核ΪΕ替换i 〇 [0017] 本實施例中，加熱層16採用厚度為1〇〇微米的奈米碳管層 。該奈米碳管層的長度為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黏性，將該奈米碳管層設 置於基底18的表面。 [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—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〇. 5奈米〜1〇〇微米 。該導電薄膜的材料可為金屬、合金、銦錫氧化物（IT〇 )、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鋁、銅、鎢、鉬 金鈦、鉉、鈀、铯或其任意組合的合金。本實施例 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 1 6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〗2和第二電極14間隔設置，並分別與加 熱層16電連接，可設置在加熱層π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1〇時接入 一定的阻值避免鈕路現象產生。由於作為加熱層16的奈 米碳管層本身有裉好的黏附性’故第一電極丨2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。 09713030^單編號 Α0101 第8頁/共18頁 1013399288-0 Γ 380731. __ 101年10月18日慘正替换頁 [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-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丨6中流過電流。故 ’所述第-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。 闕所述絕緣保護層15為-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， 可根據實際情況選擇。所述絕緣保言蔓層15覆蓋於所述第 -電極12、第二電極η和加熱層16之上，可使該面熱源 ίο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，該絕緣保護川 的材料為橡膠，其厚度為〇. 5~2毫求。 [0023]本技術方案實施例的面熱源10在使用時，可先將面熱源 ‘ 1G的第-電極12和第二電極14連接導線後接人電源。在 接入電源後熱源10中的奈米碳管層即可輻射出一定波長 範圍的電磁波。所述面熱源10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_夺米碳 管層中的奈米碳管具有良好的導電性能，且該奈米碳管 層本身已經具有-定的自支樓性及穩定性，所述面熱源 10可與待加熱物體相隔一定的距離設置。 〇9713〇3〇产單編號A0101 第9頁/共is頁 1013399288-0 1380731 年10月18日梭ΪΕ番換 [0024] 本技術方案實施例中的面熱源1 〇在奈米碳管層的面積大 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10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轄出電磁波的波長越長，該面熱源1 〇可產生一紅外 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1〇輕出電磁波的波長 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10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。 [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，其中奈米碳 官層厚度為1毫米，通過在10伏〜30伏調節電源電麼，該 面熱源1 0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5(TC~50(rc。對於具有黑體結 構的物體來說’其所對應的溫度為2〇〇它〜450。〇時就能發 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。應用奈米碳管層製成的發熱元件，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1〇放入一真 _030产單编號删1 第10頁/共18頁 1013399288-0 1^80731. ^ , 101年.10月 18 日 i裝置中，通過在8〇伏〜15〇伏調節 ^ , 电源電壓，該面熱源 i〇 了輻射出波長較短的電磁波。當 ，兮工扭Ε 电/原電壓大於150伏時 该面熱源10陸續會發出紅光、黃 户屯丨〜至改 、％寺可見光。通過溫 發現該面熱源1Q的溫度可軸15_以上此 :會產生-普通熱輻射。隨著電源電壓的進—步增大， 忒面熱源10還能產生殺死細菌 外尖）__ 耵人眼看不見的射線（紫 光），可應用於光源、顯示器件等領域。 [0027] :述之面熱源具有以下優點：第一，由於奈米碳管具有 較好的強度及祕奈米碳管層柔性較好，不易破裂使 其具有較長的使用壽命。第二，太 不 '水奴管層中的奈米碳 &均句分佈，故具有均勻的厚度及電阻，發轨均勻，奈 米碳管的電熱轉換效率高’故該面熱源具有升溫迅速、 :滯後小、熱交換速度快、輻射效率高的特點。第三， 2米碳管的直徑較小’使得奈米碳管層具有較小的面積 或厚度’可製備微型面熱源，應用於微型器件的加熱β 第四’所述之奈米碳管層可通過礙壓奈米碳管陣列直接 獲得，易於製備，成本較低。 _]综上所述，本發明確己符合發料狀要件遂依法提 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提供的面熱源的結構示意圖。 [0030]圖2係圖1的Π - Π剖面示意圖。 _«^單编號删1 第11頁/共18 i 1380731 101年10月18日修ΪΕ替換★ [0031] 圖3為本技術方案實施例提供的包括沿不同方向擇優取向 排列的奈米碳管的奈米碳管層的掃描電鏡照片。 [0032] 圖4為本技術方案實施例提供的包括沿同一方向擇優取向 排列的奈米碳管的奈米碳管層的掃描電鏡照片。 【主要元件符號說明】 [0033] 面熱源：1 0 [0034] 第一電極：12 [0035] 第二電極：14 [0036] 絕緣保護層：15 [0037] 加熱層：16 [0038] 反射層：17 [0039] 基底：18 _3_产單编號Α〇101 第12頁/共18頁 1013399288-0