201008360 九、發明說明： .【發明所屬之技術領域】 . 本發明涉及一種面熱源，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^、 !:領域或生活領域等，如電加熱器、紅外治療儀、電暖 器等。 參 先則面熱源一般包括一加熱層和至少兩個電極，該至 =個電極设置於該加熱層的表面，並與該加熱層的表面 …接。當連接加熱層上的電極通人低電壓電流時，孰量 =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 以普通波長向外輕射的，其電熱轉換效率不高不利;= 能源。 *非金屬石反纖維導電材料的發明為面熱源的發展帶來了 大破採用石厌纖維的加熱層通常在碳纖維外部塗覆一層防 的、’邑彖層用作電熱轉換的元件以代替金屬電熱絲。由於 201008360 石炭纖維具有較好的勒性，這在一定程度上解決了電熱絲強 .度不尚易折斷的缺點。然而，由於碳纖維仍係以 .向外散熱，故並未解決電熱轉換率低的問題。為解決上^ 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 導電怒線。該化纖或者棉線的外面浸塗一層防水阻辦絕緣 材料。所述導電芯線由多根碳纖維與多根表面枯塗有遠紅 外塗料的棉_繞而成。導電芯線中加人料有遠紅外塗 科的棉線’-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。 然而’採用碳纖維紙作為加熱層具有以下缺 一， 碳纖維強度不夠大，柔性不夠好， 線接古磁鏞Ί野谷易破裂，需要加入棉 限制了其應有範圍；第二，碳纖維 身的電熱轉換效率較低’需加入粘塗有遠紅外塗料的棉 線提南電熱轉換效率，不利於節能環保；第三，需先 熱源線再製成加熱層’不利於大面積製作，不利於 句勻性的要求，同時，不利於微型面熱源的製作。、 有利=於此#供—種具有強度大，電熱轉換效率較高， 且發熱均勻，大小可控，可製成大面積或 者被型的面熱源實為必要。 【發明内容】 個電極且ί括一加熱層；至少兩電極，該至少兩 .„. ^ °又置且为別與該加熱層電接觸.，苴中，所述为 熱層包括至少一牟半雄與域时 ^ψ所述加 官相’且該奈米碳管薄膜包括複 201008360 數個首尾相連且擇優取向排列的奈米碳管。 相較與先前技術，所述面熱源具有以下優點：第一， .奈f碳管的直徑較小，使得奈米碳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数二， =比碳纖維具有更小的密度，故，㈣;米衫層^ j具有更輕的重# ’使用方便。第三，所述之奈米碳管 括至奈米碳♦薄膜，同—奈米碳管薄膜中的奈米 石厌目沿同一方向排列，具有較低的電阻，且奈米碳管的電 ❹2換效率高，熱阻率低，故該面熱源具有升溫迅速、敎 滞後小、熱交換速度快的特點。 【實施方式】 說明本技術方案所 以下將結合附圖及具體實施例詳細 提供的面熱源。 請參閱圖ί及圖2,本技術方案實施例提供一種面熱 10,該面熱源10包括一基底18、_反射層17、一加 :、層16第一電極12、一第二電極14和一絕緣保護 15。所述反射層17設置於基底18的表面。所述加献 =16設置於所述反射層17的表面。所述第—電極以 卓二電極14 _設置於所述加熱| 16的表面，並斑該 加熱層16電接觸，用於使所述加熱層16中流過電流。 ，述絕緣保護層15設置於所述加熱層16的表面，並將 斤述第-電極U和第二電極14覆蓋，用於避免所述加 熟層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 二16或者反射層17。優選地，所述基底18為一板狀基 &，其材料可為硬性材料’ # H、玻璃、樹脂、石 8 201008360 英等，亦可選擇柔性材料，如：塑膠或柔性纖維等。當 .為=性材料時’該面熱源1〇在使用時可根據需要彎折成 .任思形狀。其中，基底18的大小不限，可依據實際需要 ，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。 ^所述反射層17的設置用來反射加熱層16所發的熱 f，從而控制加熱的方向，用於單面加熱，並進一步提 ❹咼加熱的效率。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為二氧化二鋁層，其厚度為ι〇〇微米〜毫米。 該反射層17可通過賤射或其他方法形成於該基底^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，層17之間，進一步加強反射層^反射熱量 的作用面熱源10不包括基底18時，所述加熱層16 可直接設置於所述及私靥17 μ生 ❹一 if搂Μ社德 射層 的表面。所述反射層17為 ° 、’口 。所述加熱層可直接設置在基底18 的表面’此時面熱源10的加熱方向不限，可用於雙面加 熱0 A 3ft:f 16包括一奈米碳管層’該奈米碳管層本 ΐ 性’可利用本身的枯性設置於基底18的 結劑設置於基底18的表面。所述之枯 可根據實際需要選擇度和厚度不限， 的厚度為！微米·^米技射案料供的奈米碳管層 9 201008360 所述奈米碳管層包括至少一奈米碳管薄m。_ 圖3，該奈米碳管薄膜可通過直接拉伸一奈米碳管陣％ _ 得。該奈米碳管薄膜包括複數個首尾相連且沿拉伸$ @ •擇優取向排列的奈米碳管。所述奈米碳管均句分佈，1 平行於奈米碳管薄膜表面。所述奈米碳管薄膜中的奈米 碳管之間通過凡德瓦爾力連接。一方面，首尾相連的齐 米碳管之間通過凡德瓦爾力連接，另一方面，平行的^ 米碳管之間部分亦通過凡德瓦爾力結合，故，該奈米石^ ❹管薄膜具有一定的柔韌性’可彎曲折疊成任意形爿^而$ 破裂，且採用該奈米碳管薄膜的面熱源1〇具有較長的使 用壽命。 所述奈米碳管薄臈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15 奈米-50奈米。該奈米碳管的長度大於微米。優選為 ❺200-900微米。 所述奈米碳管薄臈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。所述奈米碳管薄膜的寬度可為〇〇1厘米_1〇厘米，厚 度為1奈米-100微米。奈米碳管薄膜的厚度優選為^ 微米-10微米。 +所述奈米碳管層包括至少兩層重疊設置的奈米碳管 薄膜時，相鄰的奈米碳管薄膜之間通過凡德瓦爾力緊密結 201008360 合。進-步，該奈米碳管層中的奈米碳管薄膜的層數不限， 且相鄰兩層奈米碳管薄膜中的奈米碳管的排列方向之 成一夾角《，（^Κ9〇度，具體可依據實際需求製備。二= 通過控制奈米碳管薄膜的層數可控制奈米碳管層的 =奈米碳管層的熱回應速度與其厚度有關。在相同面 f的情況下’奈米碳管層的厚度越大，熱回應速度越慢. 未碳管'的厚度越小，熱回應速度越快。本實施 歹1中，所述奈米碳管層的厚度為i微米4毫米，奈 ❹St 1秒的時間内就可達到最高溫度。本實：例中： 皁層，丁、米石厌管薄膜在（Μ毫秒時間内就可 故，該面熱源10適用於對物體快速加熱。帛一度。 層太加熱層16採用重疊且交又設置的謂 = 太相鄰兩層奈米碳管薄臈之間交叉的角 管層中奈米碳管薄膜的長度為5厘 二不“官薄膜的寬度為3厘米，奈米碳管薄膜的厚 度為50微米。利用车乎石发替恳士 〇管層設置於反二層本身㈣性，將該奈米破 第-=—Λ極12和第二電極14由導電材料組成，該 金屬片㈣今σ/—電極14的形狀不限，可為導電薄膜、 屬片成者金屬引線。優選地，第一電極 =二為薄膜。該導電薄膜的厚度為〇.5奈米， 微水。自亥導電薄膜的材料可為今屬人人 』;二)、録錫氧化物(ΑΤ0):導電銀° ΓΠΤ該金屬或合金材料可為:銅:= 所述二：極?/铯或其任意組合的合金。本實施例中， 和第一電極14的材料為金屬鈀膜，厚度 11 201008360 2 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μ •之間形成良好的電接觸，減少歐姆接觸電阻。 所述之第一電極12和第二電極14可設置在加熱層 的同表面上也可設置在加熱層16的不同表面上。戋 ^當所述面熱源1G中未包括基底18時，也孰 ^6固定在間隔的第一電極12和第二電極14表面； 電極12和第二電極14用於支撐加熱層16。其中， _第一電極12和第二電極ι4問 ^ ^ ' 用於面孰源10睥接Γ上 又置乂使加熱層16應 於你么時接疋的阻值避免短路現象產生。由 望-蕾:、、層16的奈米碳管層本身有很好的枯附性，故 12和第二電極14直接就 形成很好的電接觸。 …丁丁反&層之間 另，所述之第—電極12和第二電極14也可通過 電枯結劑（圖未示）設置於兮‘為麻，^ 導 觸的同時，還可將所一電極14與加熱層16電接 ❹地固定於加熱層16的表 和第-電極14更好 劑為銀膠。 。本實施例優選的導電魅結 可以理解’第一電極12和第 均不限，其設置目的#ΑΤ你私+ ι構和材料 流。故，所述第-電m熱層16令流過電 圍内。 之間形成電接觸都在本發明的保護範 所述絕緣保護層j 緣材料，如··橡膠、樹月匕等^ ^構’其材料為—絕 财月曰荨。所述絕緣保護層15厚度不 12 201008360 二第可：據實際情況選擇。所述絕緣保護 .”「電極12、第二電極“和加熱層16之上覆;使: 1 面6、、中源的2絕緣狀態下使用，同時還可避免所述加孰層 及附外界雜質。本實施例中，該絕緣： 護層15的材料為橡膠，其厚度為〇5〜2毫米。 、为丄技:一方案實施例的面熱源10在使用時，可先將面敎 在接/ 一電極12和第二妹14連接導線後接入電源。 在接入電源後熱源10中的奈米碳管層即可輕射出一定波 β ϋ圍的電磁波。所述面熱源10可與待加熱物體的表面直 f接觸。或者，由於本實施例中作為加熱層16的奈米碳管 f中的奈米碳管具有良好的導電性能，且該奈米碳管層本 身已經具有一定的自支撐性及穩定性，所述面熱源忉可與 待加熱物體相隔一定的距離設置。 一 奈米碳管具有良好的導電性能以及熱穩定性，作為一 理想的黑體結構，且具有比較高的熱輻射效率。本實施 例中，對由100層奈米碳管交叉膜組成的奈米碳管層進 ❹行了電熱性此測量。該奈米碳管層長5厘米，寬3厘米。 將該奈米碳管層包裹於一外部直徑為i厘米的基底18 上，且其位於第一電極11〇和第二電極112之間的長度為 3厘米。電流沿著基底丄8的長度方向流入。測量儀器分 別為紅外測溫儀RAYTEK rayner Ip_M與紅外測溫儀測 里儀器，型號為AZ-8859。請參見圖4’當加熱功率為36 瓦時’其表面溫度已經達到37CTC。可見，該奈米碳管層 具有較高的電熱轉換效率。 本技術方案實施例中的面熱源10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奈米碳管層的 13 201008360 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，奈米碳管層的厚度和麵熱源ίο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；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可產生一紅外線熱輕 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 ❹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。 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，其中奈米碳管 層的厚度為5毫米，通過在10伏〜3〇伏調節電源電壓，該 ❹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5(rc〜500〇c。對於具有黑體結構 的物體來說，其所對應的溫度為20CTC〜45(TC時就能發出 ==不見的熱輻射（紅外線），此時的熱輻射最穩定、效 :同。應用该奈米碳管層製成的發熱元 加熱器、紅外治療儀、電暖器等領域。 ㈣於電 地:將本技術方案實施例中的面熱源10放入-调"inV私“通過在8〇伏〜150伏調節電源電壓，該面熱 伏時，該面5長較短的電磁波。當電源電壓大於150 X .、、、“、陸續會發出紅光、黃光等可見光。通過 201008360 溫度測量儀發現該面熱源1〇的溫度可達到15〇〇(>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， 4面熱源1〇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：第一，由於奈米碳管具 有較好的強度及韌性，奈米碳管層的強度較大，奈米碳管 層的ΐ性好，不易破裂，使其具有較長的使用壽命。第二， 不米碳菅層中的奈米碳管均勻分佈，奈米碳管層具有均勻 ❹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$源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快、輻 射，率尚的特點。第三，奈米碳管的直徑較小，使得奈米 碳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。第四，奈米碳管層可通過從奈米碳管陣列中 t取f作進一步處理得到’方法簡單且有利於大面積面埶 源的劁作。 # @… 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 f出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例， 不能=此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 g认、援依本《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。 【圓式簡單說明】 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為本技術方案實施例的奈米碳管薄膜的掃描電鏡 〇 圖4為本技術方案實施例的面熱源的表面溫度與加熱 15 201008360 功率的關係圖。 【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 ❿基底 18 ❹ 16