201002611 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及-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， 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 器等。 先刚面熱源一般包括一加熱層和至少兩個 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。當連接加敎声上的雷纟' 立刻從加熱層釋放出；低，電流時，熱量 :的電熱絲作為加熱層進行電熱轉換。然而， 強度不高易於折斷，特別係彎曲或繞折成-定角 應用受到限制。另，以今屬制士认“疋肖度^故 以普通波导電熱絲所產生的熱量係 ^皮長向外幸畐射的，其電熱轉換效率不高不利於節省 6 201002611 ==勃性，這在一定程度上解決了電熱絲強 折斷的缺點。然而，由於碳纖維仍係以普通波長 向外放熱，故並未解決電熱轉換率低的問題。 =採用碳纖維的加熱層-般包括多根碳纖維熱源線鋪 纖或者棉線的外面浸塗-層防水阻燃絕緣 外塗料的棉：由多根碳纖維與多根表面粘塗有遠紅 料的^ ΐ繞而成。導電芯線中加人时有遠紅外塗 科的棉線’一來可增強芯線的強二 纖維發出的熱量能以紅外波長向外ϋ射。、㈠反導 碳：度 線提高碳纖維的強度:限制了:應m需要加入棉 丄A 丨艮制了其應有範圍；第二’碳纖維 效率較低，一塗有遠紅外塗料的棉 =熱源線再製成加熱層，不利於大面積製作，不^ 勻丨的要求，同時’不利於微型面熱源的製作。 二匕提供種具有強度大，電熱轉換效率較高， 去與二即省月匕源且發熱均句’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】 種面熱源，該面熱源包括一第一電極 第二電極 和一加熱層。所述第一 、乐％極和第一電極間隔設置於該加熱 上並與該加熱層電接觸。該加熱層包括一奈米碳管層， 7 201002611 該奈米碳管層包括多個均勻分佈的奈米碳管。 相較於先前技術，所述的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知性，奈米碳管層的強度 較大：奈米碳管層的柔性好，不易破裂，使其具有較長的 使：ΐ命。第二’奈米碳管層中的奈米碳管均勻分佈，奈 米石厌g層具有均句的厚度及電阻，發熱均句，奈来碳管的 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 奈米礙管層具有較小的厚度，可製備微型面熱源，應用於 微型器件的加熱。 【實施方式】 ^下將結合附圖詳細說明本技術方案面熱源。 °月參閱圖1及圖2，本技術方案實施例提供-種面埶 源10’該面熱源10包括一基底18、一反射層17、一加埶 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的夹面。餅沐给 ^ , 幻衣由所述第—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Μ電接 觸用於使所述加熱層16中流過電流。所述絕緣保護層 ^設置於所述加熱層16的表面，並㈣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。 所述基底18形狀不限，其具有—表面用於支撐加敎層 16或者反射層17。優選地，所述基底板狀基底、， 其材料可為硬性材料m、玻璃、樹脂、石英等， 8 201002611 i中，可根據需要彎折成任意形狀。 實"二、⑼：大小不限，可依據實際需要進行改變。本 有為一陶究基板。另，當加熱層16具 Γ為了上撐性及1紋性時’所述面熱源ig中的基底 18為一可選擇的結構。 田料反射層17的設置用來反射加熱層16所發的熱 罝’從而控制加熱的方向，用於罝而士扭 面加熱，並進一步提高 率。所述反射㉟17的材料為-白色絕緣材料， 如.金屬氧化物、金屬鹽或陶究等。本實施例中，反射層 17為三氧化二鋁層，其厚度為1〇〇微米〜〇5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遠離加妖層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。當面 熱源10不包括基底18時’所述加熱層16可直接設置於所 述反射層17的表面。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。 所述加熱層16包括一奈米碳管層。該奈米碳管層包括 多個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管層包括一奈米碳管 薄膜或者多個奈米碳管長線。所述奈米碳管薄膜包括有序 奈米碳管薄膜或者無序奈米碳管薄膜。所述有序奈米碳管 薄膜中奈米石炭管有序排列’並沿固定方向擇優取向排列。 9 201002611 所述無序奈米碳管薄膜中奈米碳管無序排列。所述多個奈 米碳管長線可平行鋪設或者交叉鋪設形成奈米碳管層。所 述奈米碳管長線包括多個首尾相連的奈米碳管束，該奈米 碳管束包括多個長度相等且均勻分佈的奈米碳管。該奈米 碳管長線係由多個奈米碳管束組成的束狀結構或者絞線結 構。所述束狀結構的奈米碳管長線中的奈米碳管沿奈米碳 管長線的轴向擇優取向排列。所述絞線結構的奈米碳管長 線中的奈米碳管繞奈米碳管長線的軸向螺旋狀旋轉排列。 所述奈米碳管層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。當所述奈米碳管層中的奈米 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。當所述奈米碳管層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 所述奈米碳管層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奈米〜50奈米。 優選地，所述奈米碳管層包括至少一有序奈米碳管薄 膜。該有序奈米碳管薄膜可通過直接拉伸一奈米碳管陣列 獲得。該有序奈米碳管薄膜包括多個沿拉伸方向定向排列 的奈米碳管。請參閱圖3，具體地，所述有序奈米碳管薄 膜161包括多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包括多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之間通過凡德瓦爾力緊 密結合。所述有序奈米碳管薄膜161係由奈米碳管陣列經 201002611 進一步處理得到的，故其長度與寬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。所述有序奈米碳管薄膜161的寬度可為〇 〇1厘米〜1〇 厘米，厚度為10奈米〜1〇〇微米。所述有序奈米碳管薄膜 161中，多個奈米碳管均勻分佈且平行於所述奈米碳管層 的表面。所述的多個奈米碳管沿拉伸方向擇優取向排列。 進一步地’所述奈米碳管層包括至少兩個重疊設置的 上述有序奈米碳管薄膜161。具體地，相鄰的兩個有序奈 米石反官薄膜161中的奈米碳管具有一交叉角度α，且〇度 $α$90度，具體可依據實際需求製備。可以理解，由於奈 米碳管層中的多個有序奈米碳管薄膜161可重疊設置， 故，上述奈米碳管層的厚度不限，可根據實際需要製成具 有任意厚度的奈米碳管層。優選地，所述奈米碳管層的厚 ^為1〇〇奈米〜5毫米。若奈米碳管層的厚度小於ι〇微米 時’還可製成透明的面熱源應用於顯示裝置等其他裝置中。 另，所述加熱層16可包括至少一奈米碳管薄膜和多個 奈米碳管長線互相重疊形成的奈米碳管複合結構，其中， 奈米碳管長線平行或者交叉設置提供一定的支撐作用，使 奈=¼官複合結構具有更好的韌性。由於奈米碳管層具有 一定的韌性，可彎折，故本技術方案實施例中的加熱層16 可為平面結構也可為曲面結構。 卜所述第一電極12和第二電極14由導電材料組成，該 第-電極12和第二電極14的形狀紐，可為導電薄膜、 11 201002611 金屬片或者金屬化線。優選地，第一電極i2和第 w均為一層導電薄膜。該導電薄臈的厚度為ο:太、 微米。該導電薄膜的材料可為金屬、合金 二100 (叫録錫氧化物(AT0)、導電銀膠、導電:：： = :性:米:管:。該金屬或合金材料可為 、、、女、鈀、铯或其任意組合的合金。本實施你丨由 所述第一電極12和筮-雪:fcSUAAU ^ ^和弟一電極14的材料為金屬鈀膜，厚产 ^不、未。所述金屬把與奈米碳管具有較好的潤渴 ^ 之一電極η及第二電極Μ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。 所述的第一電極12和第二電極“可設置在加埶芦W 的同-表面上也可設置在加熱層16的不同表面上。或者， 當所述面熱源1G中未包括基底18時，也可將加熱層Μ 固疋在間隔的第一電極12和第二電極14表面，該第—带 極12和第二電極14用於支撐加熱層16。其中，第一電2 12和第一電極14㈣設置，以使加熱層應用於面敎源 10時接入-定的阻值避免短路現象產生。由於作為加熱層 16的奈米碳管層本身有很好的粘附性，故第一電極= 第-電極14直接就可與奈米碳管層之間形成很好的電 觸0 另，所述的第一電極12和第二電極14也可通過—導 電粘結劑（圖未示）設置於該加熱層16的表面上，導電 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 12 201002611 於加熱層16的表面上。本實施例優選的導電枯結 膠。 巧、艮 可以理解’第-電極12和第二電極14的結構和材料 均不限，其設置目的係使所述加熱層16中流過電， 所述第-電極12和第二電極14只需要導電’並與所 熱層16之間形成電接觸都在本發明的保護範圍内。° 所述絕緣保護層15為一可選擇結構，其材 材料，如：橡膠、樹脂等。所述絕緣保護層^厚产不、、， =實:情、『擇。所述絕緣保護層15覆蓋於“:」 在絕緣狀極14和加熱層16之上，可使該面熱源10 緣“下使用，同時還可避免所述加熱層 石反管吸附外界雜皙。太眚始办丨Λ 〒的不未 為橡膜：：！ 該絕緣保護層15的材料 為橡膠，其厚度為0.5〜2亳米。 叶 ^ 1 ^ Φ ^ 10 ^ ^ ^ ^ 在接入m二12和弟二電極14連接導線後接入電源。 長範圍奈米碳管層即可韓射出-定波 接接觸。式去可與待加熱物體的表面直 爲由沾3者，由於本實施例中作為加熱層16的太乎石-其 ^中的奈米碳管具有良好的導電性能，且該夺 身已經具有-定的自支撐性及穩定性，;官層本 待加熱物體相隔—定的距離設置。 ”、、源20可與 本技術方案實施例中的面熱源1〇在 積大小—定時，可通過調節電 ;^^層的面 田射出不同波長範圍的電磁波。電源電愿的大小 201002611 一定時’奈米碳管層的厚度和麵熱源10輻出電磁波的波長 成反比。即當電源電壓大小一定時，奈米碳管層的厚度越 厚，面熱源ίο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；奈米碳管層的厚度越薄，面熱源1〇 輻出電磁波的波長越長’該面熱源10可產生—紅外線熱輻 射。奈米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 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 輻射。 、 奈米碳管具有良好的導電性能及熱穩定性，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 、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笔米，通過在10伏〜3〇伏調節電源電壓，該面 :、、原10可輻射出波長較長的電磁波。通過溫度測量儀發現 =熱10的溫度為50°c〜50(rc。對於具有黑體結構的 善來》兒其所對應的溫度為200。(：〜45CTC時就能發出人 =a不見的熱輻射（紅外線），此時的熱輻射最穩定、效率 :°應用該奈米碳管層製成的發熱元件，可應用於電加 …益、紅外治療儀、電暖器等領域。 真办2一步地，將本技術方案實施例中的面熱源10放入一 源二1〇、置t，通過在80伏〜150伏調節電源電壓，該面熱 可輻射出波長較短的電磁波。當電源電壓大於15〇 201002611 寺該面熱源10陸續會發出紅光、黃光等可見光。通過 /皿f ’則里儀發現該面熱源10的溫度可達到1500〇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， =面熱源1G還能產生殺死細菌的人眼看不見的射線（紫外 “）’可應用於光源、顯示器件等領域。 所述的面熱源具有以下優點：第—，由於奈米碳管具 父好的強度及勒性，奈米碳管層的強度較大，奈米碳管 二的柔性好，不易破裂，使其具有較長的使用壽命。第二， j碳管層中的奈米碳管均勾分佈，奈米碳管層具有均句 “旱度及電阻’發熱均勻，奈米碳管的電熱轉換效率高， 该面，源具有升溫迅速、熱滞後小、熱交換速度快、輕 、效率南的特點。第三，奈米碳管的直錄小 ::層具有較小的厚度，可製備微型面熱源，應用於微； 膜熱:奈米碳管層可包括至少-奈米碳管薄 、^固不米石反官長線互相重疊形成的奈米碳管複合結 八中’奈米碳管長線平行或者交叉設置提供一定的支 =用’使奈米碳管複合結構具有更好的勒性。第五，奈 =¾管層: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。 摞屮斤述’本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 =出專利申請。惟，以上所述者僅為.本發明之較佳實施例， :能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 =士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵 盍於以下申請專利範圍内。 15 201002611 【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ii-ii剖面示意圖。 圖3係本技術方案實施例的有序奈米碳管薄膜 放大示意圖。 〇刀 【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 奈米碳管薄膜 161 奈米碳管束 162 奈米碳管 163 反射層 17 基底 18 16