TWI460127B - 加熱墊的製備方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種加熱墊的製備方法，尤其涉及一種基於奈米碳管的加熱墊的製備方法。
從1991年日本科學家飯島澄男首次發現奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)以來，以奈米碳管為代表的奈米材料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著奈米碳管及奈米材料研究的不斷深入，其廣闊應用前景不斷顯現出來。
由於奈米碳管具有良好的電熱性能，故，奈米碳管廣泛應用於加熱領域。先前技術揭示了一種從奈米碳管陣列中拉取奈米碳管膜作為加熱材料之應用，然，由於直接從奈米碳管陣列中拉取的單層奈米碳管膜較為脆弱，不利於實際應用。而簡單地將拉取後的複數個單層奈米碳管膜疊加增強其強度的方法，由於往往需要將上百層的奈米碳管膜進行反復疊加，存在製備效率較低且方法難控等問題。
有鑒於此，確有必要提供一種簡單、快速製備加熱墊的方法。
一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一柔性基底，在所述柔性基底表面設置至少兩個電極，將所述柔性基底設置於所述旋轉軸表面，使
所述柔性基底設置有電極的表面遠離所述旋轉軸；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述柔性基底的表面；旋轉所述旋轉軸，所述奈米碳管膜連續地從所述奈米碳管陣列中拉出並纏繞於所述柔性基底的表面，從而在所述柔性基底的表面形成一奈米碳管層；以及將所述柔性基底及奈米碳管層沿平行於旋轉軸軸心的直線斷開，從而形成所述加熱墊。
一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一柔性基底，將所述柔性基底設置於所述旋轉軸；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述柔性基底的表面；旋轉所述旋轉軸，將所述奈米碳管膜纏繞於所述柔性基底的表面，從而在所述柔性基底的表面形成一奈米碳管層；將所述柔性基底及奈米碳管層沿平行於旋轉軸的軸線斷開；以及在所述奈米碳管層表面平行且間隔設置至少兩個電極。
一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述旋轉軸的表面；旋轉所述旋轉軸，將所述奈米碳管膜纏繞於所述旋轉軸的表面，從而在所述旋轉軸的表面形成一奈米碳管層；將所述奈米碳管層沿平行於旋轉軸軸心的直線斷開並與所述旋轉軸脫離；以及在所述奈米碳管層表面平行且間隔設置至少兩個電極。
相較先前技術，本發明的製備方法通過從一奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管膜，並將該奈米碳管膜快速纏繞於一旋轉軸，從
而形成多層奈米碳管膜相互堆疊的奈米碳管層，然後將所述奈米碳管層斷開，通過該方法可以快速高效地製備由多層奈米碳管膜堆疊成的加熱墊。此外，在所述加熱墊中，所述柔性基底與奈米碳管緊密結合使該加熱墊具有較好的機械強度。
10；30；40‧‧‧加熱墊
11‧‧‧柔性基底
12‧‧‧奈米碳管陣列
13‧‧‧矽基板
14‧‧‧奈米碳管膜
15‧‧‧奈米碳管層
16‧‧‧電極
17‧‧‧奈米碳管結構
20‧‧‧旋轉軸
22‧‧‧滾軸
24‧‧‧包覆層
α‧‧‧交叉角
圖1為本發明第一實施例製備加熱墊的流程圖。
圖2為本發明實施例中從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖3為本發明第二實施例製備加熱墊的流程圖。
圖4為本發明第三實施例製備加熱墊的流程圖。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種加熱墊10的製備方法。該加熱墊的製備方法包括以下步驟：(S10)提供一旋轉軸20，該旋轉軸20為一可繞其軸心旋轉的柱體；(S11)提供一柔性基底11，將所述柔性基底11設置於所述旋轉軸20；(S12)提供一奈米碳管陣列12，從所述奈米碳管陣列12中拉取一奈米碳管膜14，並將所述奈米碳管膜14固定於所述柔性基底11的表面；(S13)旋轉所述旋轉軸20，將所述奈米碳管膜14纏繞於所述柔性基底11的表面，從而在所述柔性基底11的表面形成一奈米碳管層15；(S14)將所述柔性基底11及奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20的軸線斷開，並在所述奈米碳管層15表面設置複數個電極16，並使所述奈米碳管層15與所述複數個電極16電連接，從而形成所述加
熱墊10。
步驟S10，提供一旋轉軸20，該旋轉軸20為一可繞其軸心旋轉的柱體。
所述旋轉軸20可以為一圓柱體、三菱柱體以及多菱柱體等。本實施例為一圓柱體。該旋轉軸20固定於一電機(圖未標示)，在所述電機的帶動下，所述旋轉軸20可繞其軸心以一定轉速旋轉。
步驟S11；提供一柔性基底11，將所述柔性基底11設置於所述旋轉軸20。
所述柔性基底11的形狀和尺寸可以根據所述旋轉軸20的形狀和尺寸來選擇。具體地，所述柔性基底11可以為一中空管狀結構，該中空管狀結構的內徑與所述旋轉軸20的外徑基本相等，從而使得該中空管狀結構可以套設在所述旋轉軸20的表面。
當所述柔性基底11為一薄片狀結構時，可以將所述柔性基底11捲曲，使所述柔性基底11的兩端相連接形成一中空管狀結構，所述柔性基底11的兩端可以通過兩個設置在柔性基底11兩端的連接扣(圖未標示)相連接或通過一黏結劑黏合形成所述中空管狀結構；進而將所述中空管狀結構套設在所述旋轉軸20上。
該柔性基底11的材料選自柔性並具有一定韌性及強度的絕緣材料及防火材料，如矽橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、無紡布等。本實施例中，所述柔性基底11為一長方形的無紡布。該柔性基底11主要起支撐和絕緣的作用。
可以理解，將所述柔性基底11設置於所述旋轉軸20表面，該柔性基底11就可以隨所述旋轉軸20以一定轉速旋轉。
步驟S12；提供一奈米碳管陣列12，從所述奈米碳管陣列12中拉取一奈米碳管膜14，並將所述奈米碳管膜14固定於所述柔性基底11的表面；首先，提供一奈米碳管陣列12，將所述奈米碳管陣列12及所述旋轉軸20並排且間隔設置。所述奈米碳管陣列12形成於一矽基板13的表面。該奈米碳管陣列12由複數個奈米碳管組成。該複數個奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。所述奈米碳管的直徑為0.5~50奈米，長度為50奈米~5毫米。該奈米碳管的長度優選為100微米~900微米。本實施例中，該複數個奈米碳管為多壁奈米碳管，且該複數個奈米碳管基本上相互平行且垂直於所述矽基板13的表面，該奈米碳管陣列12不含雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。所述奈米碳管陣列12的製備方法不限，可參見台灣專利公告第TW I303239號。優選地，該奈米碳管陣列12為超順排奈米碳管陣列。
其次，採用一拉伸工具從所述奈米碳管陣列12中選定複數個奈米碳管，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶或黏性基條接觸該奈米碳管陣列12以選定具有一定寬度的複數個奈米碳管；以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，該拉取方向沿基本垂直於奈米碳管陣列12的生長方向。從而形成首尾相連的複數個奈米碳管，進而形成一連續的奈米碳管膜14。在上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡得瓦力作用，該選定的複數個奈米碳管分別與其他奈米碳管首尾相連連續地被拉出，從而形成所述奈米碳管膜14。該奈米碳管膜14中的複數個奈米碳管定向排列且通過凡得瓦力首尾相連。該奈米
碳管膜14中奈米碳管的排列方向基本平行於該奈米碳管膜14的拉伸方向。
請參見圖2，所述奈米碳管膜14係由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管基本沿同一方向擇優取向排列，所述擇優取向排列係指在奈米碳管膜14中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜14的表面。進一步地，所述奈米碳管膜14中大多數奈米碳管係通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜14中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜14中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜14中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管膜14不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜14置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜14能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜14中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。
具體地，所述奈米碳管膜14中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除所述奈米碳管膜14中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。
具體地，所述，所述奈米碳管膜14中基本朝包括複數個連續且定
向排列的奈米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個相互平行的奈米碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合並形成複數個間隙。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管膜14中基本朝中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。
進一步地，在所述奈米碳管膜14從奈米碳管陣列12中被拉取出來的過程中，將拉出的所述奈米碳管膜14的一端固定於所述柔性基底11的表面。由於所述奈米碳管膜14具有較大的比表面積，且基本不含無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等雜質，故，該奈米碳管膜14本身具有較大的黏性，因此，該奈米碳管膜14可以通過本身的黏性固定於所述柔性基底11的表面。當然亦可以選用其他黏結劑將所述奈米碳管膜14固定於所述柔性基底11的表面。此時，所述奈米碳管膜14一端連接所述奈米碳管陣列12，另一端固定於所述柔性基底11的表面。
進一步，將所述奈米碳管膜14的一端固定於所述柔性基底11，調整所述旋轉軸20的位置，使該奈米碳管膜14與矽基板13的表面形成一交叉角α，該交叉角小於90°。優選地，該交叉角0°≦α≦30°，即，該奈米碳管膜14與所述奈米碳管陣列12中奈米碳管的延伸方向形成一60°到90°的夾角；更優選地，該交叉角0°≦α≦5°，即，該奈米碳管膜14與所述奈米碳管陣列12中奈米碳管的延伸方向形成一85°到90°的夾角。本實施例中，所述交叉角α為3°。
步驟S13；旋轉所述旋轉軸20，將所述奈米碳管膜14纏繞於所述
柔性基底11的表面，從而在所述柔性基底11的表面形成一奈米碳管層15。
通過控制所述電機運轉帶動所述旋轉軸20以一定的轉速旋轉，所述奈米碳管膜14就可以從所述奈米碳管陣列12中連續地拉出，並均勻地纏繞於所述柔性基底11的表面從而形成所述奈米碳管層15。具體地，控制所述電機運轉帶動所述旋轉軸20以一定的轉速旋轉。由於從所述奈米碳管陣列12拉出的所述奈米碳管膜14的一端被固定於所述柔性基底11的表面，因此，所述柔性基底11對所述奈米碳管膜14會產生一個沿該奈米碳管膜14延伸方向的拉力，從而使得奈米碳管膜14連續地被拉出。
所述旋轉軸20的轉速可以根據該奈米碳管膜14與矽基板13的表面所形成的交叉角α來選擇。這係由於當以交叉角α拉取該奈米碳管膜14時，該奈米碳管膜14中的奈米碳管與其延伸方向上相鄰的奈米碳管之間的凡得瓦力的大小與其交叉角α的大小有關。當0°≦α≦5°時，該奈米碳管膜14中的奈米碳管與其延伸方向上相鄰的奈米碳管之間具有較大的接觸面積及凡得瓦力，此時，可以用較大的轉速拉取奈米碳管膜14並將奈米碳管膜14纏繞於所述柔性基底11的表面，而不會使該奈米碳管膜14斷裂或損壞，該旋轉軸20的線速度為5m/s~15m/s。本實施例中，所述旋轉軸20的線速度為10m/s。
此外，可以通過所述旋轉軸20的旋轉圈數來控制纏繞於該柔性基底11表面的奈米碳管層15的厚度。本實施例中，所述奈米碳管層15包括1000層奈米碳管膜14。此外，由於奈米碳管膜14本身具有較大的黏性，當奈米碳管膜14纏繞於所述柔性基底11的表面時，
該奈米碳管層15中相互層疊的奈米碳管膜14之間會通過凡得瓦力的吸引而緊密地結合在一起。
可以理解，可以在所述旋轉軸20的一側平行設置一滾軸22，即，該滾軸22的軸心與所述旋轉軸20的軸心平行。該滾軸22與所述旋轉軸20形成線接觸。由於所述滾軸22與所述旋轉軸20形成線接觸，故，該滾軸22可以在所述旋轉軸20的帶動下旋轉，從而使該滾軸22可以在形成所述奈米碳管層15的過程中，同時擠壓纏繞於所述旋轉軸20上的奈米碳管層15，並使所述奈米碳管層15在所述滾軸22的作用下被壓實。該滾軸22的長度可以根據旋轉軸20的長度選擇。該滾軸22的材料不限，優選與所述奈米碳管層15作用力較小的材料，例如金屬、金屬氧化物及陶瓷等多孔材料或橡膠等。本實施例，所述滾軸22的材料為橡膠。
另外，可以在形成所述奈米碳管層15的過程中，在所述滾軸22表面噴灑一易揮發的有機溶劑，該易揮發的有機溶劑可以降低該所述奈米碳管層15與滾軸22表面的結合力，從而避免所述奈米碳管層15中的奈米碳管黏附與所述滾軸22表面。該易揮發的有機溶劑可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合。本實施例中，所述易揮發的有機溶劑為乙醇。
步驟S14；將所述柔性基底11及奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20軸心的直線斷開，並在所述奈米碳管層15表面設置複數個電極16，使所述奈米碳管層15與所述複數個電極16電連接，從而形成所述加熱墊10。
所述將柔性基底11及奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20軸心的直線斷開的方法包括機械切割法和雷射燒蝕法。
所述機械切割法包括：提供一切割工具；將所述切割工具沿柔性基底11及奈米碳管層15上一平行於旋轉軸20軸心的直線將所述柔性基底11及奈米碳管層15切開。
所述雷射燒蝕法包括：提供一雷射裝置；將所述雷射裝置沿柔性基底11及奈米碳管層15上一平行於旋轉軸20軸心的直線聚焦照射所述柔性基底11及奈米碳管層15，使該柔性基底11及奈米碳管層15因高溫燒蝕而斷開。另，如果該柔性基底11的兩端係通過黏結劑連接，該柔性基底11的連接端上的黏合劑亦會被加熱熔融從而使所述柔性基底11斷開。該雷射燒蝕法可以有效減少污染物的引入。
所述複數個電極16的形狀可為長條形，該複數個電極16的材料包括金屬。該複數個電極16可以採用濺射、電鍍、化學鍍等沉積方法直接沉積在所述奈米碳管層15的表面。亦可用銀膠等導電黏結劑將該複數個電極黏結在所述奈米碳管層15的表面。本實施例中，包括兩個長條形的電極16，該兩個電極16相互平行且間隔設置在所述奈米碳管層15的兩端。可以理解，將所述複數個電極16設置在所述奈米碳管層15的表面時，所述奈米碳管層15中奈米碳管的延伸方向與所述複數個電極16的延伸方向形成一0度到90度的交叉角。優選的，該交叉角為90度，即，所述奈米碳管層15中奈米碳管的延伸方向與所述複數個電極16的延伸方向相互垂直。此外，將所述複數個電極16設置在所述奈米碳管層15的表面時，該複數個電極16與所述奈米碳管層15會形成電連接，從而形成所述加熱墊10。當然，亦可以將所述柔性基底11及奈米碳管層15進行進一步切割，然後再分別設置電極16，從而獲得複數個加熱墊10
。
形成所述加熱墊10後，可以進一步使用一易揮發的有機溶劑處理所述加熱墊10。具體地，將有機溶劑浸潤所述加熱墊10上的奈米碳管層15，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，該奈米碳管層15中相鄰的奈米碳管之間會通過凡得瓦力緊密結合，並使奈米碳管層15中相鄰的奈米碳管膜14之間緊密結合。此外，該有機溶劑還可以使所述加熱墊10中奈米碳管層15與所述複數個電極16及柔性基底11緊密結合。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。本實施例中，該有機溶劑為乙醇。當然，使用所述易揮發的有機溶劑處理所述奈米碳管層15的步驟，亦可以在奈米碳管層15表面形成複數個電極16的步驟之前進行。
此外，還可以進一步提供一第二柔性基底11，並將該第二柔性基底11覆蓋在所述加熱墊10上的奈米碳管層15上，使所述奈米碳管層15夾持在兩個柔性基底11之間。該第二柔性基底11具有絕緣、防護以及防塵等功能。
請參照圖3，本發明第二實施例提供一種加熱墊30的製備方法。該加熱墊30的製備方法包括以下步驟：(S20)提供一旋轉軸20，該旋轉軸20為一可繞其軸心旋轉的柱體；(S21)提供一柔性基底11，在所述柔性基底11表面設置複數個電極16，將所述柔性基底11設置於所述旋轉軸20，使所述柔性基底11設置有電極16的表面遠離所述旋轉軸20；(S22)提供一奈米碳管陣列12，從所述奈米碳管陣列12中拉取一奈米碳管膜14，並將所述奈米碳管膜14固定於所述柔性基底11的表面；(S23)旋轉所述旋轉軸20，
將所述奈米碳管膜14纏繞於所述柔性基底11的表面，從而在所述柔性基底11的表面形成一奈米碳管層15；(S24)將所述柔性基底11及奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20軸心的直線斷開，從而形成所述加熱墊30。
所述步驟S20、S21及S22與本發明第一實施例中的步驟S10、S11及S12基本相同，不同之處在於：在將所述柔性基底11設置於所述旋轉軸20之前，在所述柔性基底11的表面平行且間隔設置複數個電極16。
具體地，當所述柔性基底11為一中空管狀結構時，可以將所述複數個電極16平行且間隔設置於所述中空管狀結構的外表面，然後再將所述中空管狀結構套設於所述旋轉軸20。所述複數個電極16的延伸方向平行於所述中空管狀結構的軸心。當所述柔性基底11為一薄片狀結構時，可以將所述複數個電極16平行且間隔設置於所述薄片狀結構的一表面；然後將所述薄片狀結構的兩端捲曲形成一中空管狀結構，並使所述複數個電極16設置於所述中空管狀結構的外表面，且該複數個電極16的延伸方向平行於所述中空管狀結構的軸心；最後，將所述中空管狀結構套設於所述旋轉軸20。本實施例中，包括四個電極16，首先將兩個電極16平行設置於一長方形無紡布的兩端；其次，將另外兩個電極16相互靠近地設置於無紡布的中軸線附近且與兩端的電極16平行；然後將所述無紡布的兩端捲曲，形成一中空管狀結構，使所述四個電極16平行且間隔設置於所述中空管狀結構的外表面；最後將所述設置有四個電極16的中空管狀結構套設於所述旋轉軸20。可以理解，所述電極16的數量不限，可依據旋轉軸直徑調整，所述電極16之間的
間距不限，可等間距間隔設置。此時，所述奈米碳管膜14的一端連接所述奈米碳管陣列12，另一端固定於所述柔性基底11的表面。
所述步驟23與本發明第一實施例中的步驟S13基本相同，不同之處在於：由於所述柔性基底11設置有電極16的表面遠離所述旋轉軸20，故，將所述奈米碳管膜14纏繞於所述柔性基底11表面從而形成所述奈米碳管層15時，該奈米碳管層15會包覆於複數個電極16表面並與所述複數個電極16形成電連接。
所述步驟24與本發明第一實施例中的步驟S14基本相同，不同之處在於：沿任意兩個電極16之間平行於旋轉軸20軸心的直線將所述奈米碳管層15及柔性基底11斷開，從而形成所述加熱墊30。所述加熱墊30包括至少兩個電極16。可以理解，由於所述複數個電極16已經預先設置在所述柔性基底11的表面，故，無需在所述奈米碳管層15的表面再設置電極16。且由於將複數個電極16預先設置在所述柔性基底11的表面，故，該複數個電極16可以與所述奈米碳管層15形成良好的電接觸。另外，當所述柔性基底11表面設置複數個電極16時，可以沿相鄰兩個電極16之間的奈米碳管層15及柔性基底11斷開，從而製備複數個加熱墊30。所述加熱墊30亦不限於之包括兩個電極16，即，該加熱墊30可以包括複數個平行且間隔設置的電極16。本實施中，包括四個電極16，故可以將每兩個電極16之間的奈米碳管層15及柔性基底11斷開，從而形成兩個加熱墊30。
請參照圖4，本發明第三實施例提供一種加熱墊40的製備方法。該加熱墊40的製備方法包括以下步驟：(S30)提供一旋轉軸20
，該旋轉軸20為一可繞其軸心旋轉的柱體；(S31)提供一奈米碳管陣列12，從所述奈米碳管陣列12中拉取一奈米碳管膜14，並將所述奈米碳管膜14固定於所述旋轉軸20的表面；(S32)旋轉所述旋轉軸20，將所述奈米碳管膜14纏繞於所述旋轉軸20的表面，從而在所述旋轉軸20的表面形成一奈米碳管層15；(S33)將所述奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20軸心的直線斷開，形成一奈米碳管結構17；(S34)將所述奈米碳管結構17鋪設於一柔性基底11，並在所述奈米碳管結構17表面平行且間隔設置兩個電極16，從而形成所述加熱墊40。
本發明第三實施例中的加熱墊40的製備方法與本發明第一實施例中的加熱墊10的製備方法基本相同，不同之處在於：並未將奈米碳管膜14纏繞於一柔性基底11上，而係直接將奈米碳管膜14直接纏繞於所述旋轉軸20上形成一奈米碳管層15，然後再將所述奈米碳管層15斷開形成一奈米碳管結構17，最後將所述奈米碳管結構17鋪設於一柔性基底11並在所述奈米碳管結構17表面平行且間隔設置兩個電極16，從而形成所述加熱墊40。
所述步驟S30及S31與本發明第一實施例中的S11及S12基本相同，不同之處在於：將所述從奈米碳管陣列12中拉取的奈米碳管膜14直接固定於所述旋轉軸20的表面。
首先，提供一奈米碳管陣列12，所述奈米碳管陣列12本發明第一實施例中的奈米碳管陣列12相同。
其次，將所述奈米碳管膜14固定於所述旋轉軸20上。由於所述奈米碳管膜14具有較大的比表面積，且基本不含無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等雜質，故，該奈米碳管膜14本身具有較大的黏
性，因此，該奈米碳管膜14可以通過本身的黏性固定於所述旋轉軸20上。此時，所述奈米碳管膜14一端連接所述奈米碳管陣列12，另一端固定於所述旋轉軸20的表面。當然亦可以選用其他黏結劑將所述奈米碳管膜14固定於所述旋轉軸20。可以理解，由於該奈米碳管膜14本身具有較大的黏性，該奈米碳管膜14與所述旋轉軸20接觸後較難分離，故，可以先將一易揮發的有機溶劑均勻地噴灑在所述旋轉軸20的圓柱面上，然後再將所述奈米碳管膜14固定於所述旋轉軸20。該易揮發的有機溶劑可以降低該奈米碳管膜14本身的黏性，進而降低所述奈米碳管膜14與所述旋轉軸20的作用力，從而使該奈米碳管膜14可以容易地與所述旋轉軸20分離。該易揮發的有機溶劑可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合。本實施例中，所述易揮發的有機溶劑為乙醇。
進一步，將所述奈米碳管膜14的一端固定於所述旋轉軸20，調整所述旋轉軸20的位置，使該奈米碳管膜14與矽基板13的表面將形成一交叉角α，該交叉角小於90度。優選地，該交叉角0°≦α≦30°，即，該奈米碳管膜14與所述奈米碳管陣列12中奈米碳管的延伸方向形成一60°到90°的夾角；更優選地，該交叉角0°≦α≦5°，即，該奈米碳管膜14與所述奈米碳管陣列12中奈米碳管的延伸方向形成一85°到90°的夾角。本實施例中，所述交叉角α為3°。
步驟S32，旋轉所述旋轉軸20，將所述奈米碳管膜14纏繞於所述旋轉軸20的表面，從而在所述旋轉軸20的表面形成一奈米碳管層15。
通過控制所述電機運轉帶動所述旋轉軸20以一定的轉速並沿同一方向旋轉，所述奈米碳管膜14就可以從所述奈米碳管陣列12中連續地拉出，並均勻地纏繞於所述旋轉軸20的表面從而形成所述奈米碳管層15。具體地，控制所述電機運轉帶動所述旋轉軸20以一定的轉速旋轉。由於從所述奈米碳管陣列12拉出的所述奈米碳管膜14的一端被固定於所述旋轉軸20表面，因此，所述旋轉軸20對所述奈米碳管膜14會產生一個沿該奈米碳管膜14延伸方向的拉力，從而使得該奈米碳管膜14連續地從奈米碳管陣列12中拉出並纏繞於所述旋轉軸20，從而形成複數個奈米碳管膜14相互堆疊的奈米碳管層15。可以理解，當所述旋轉軸20的表面包括一包覆層24時，該奈米碳管膜14均勻地纏繞於所述包覆層24的表面從而形成所述奈米碳管層15。
步驟S33，將所述奈米碳管層15沿平行於旋轉軸20軸心的直線斷開，形成一奈米碳管結構17。
所述將奈米碳管層15沿平行於所述旋轉軸20軸向的方向斷開的方法亦可以為機械切割法或雷射燒蝕法。
具體地，所述機械切割法包括：提供一切割工具；將所述切割工具沿所述奈米碳管層15上的一直線將所述奈米碳管層15切開，其中，所述直線平行於所述旋轉軸20軸心；將所述奈米碳管層15從所述旋轉軸20上剝離並鋪展開，從而形成所述奈米碳管結構17。
所述雷射燒蝕法包括：提供一雷射裝置；將所述雷射裝置沿所述奈米碳管層15上的一直線聚焦照射一預定時間，使該直線上的奈米碳管因高溫燒蝕而斷開，其中，所述直線平行於所述旋轉軸20軸心；將所述奈米碳管層15從所述旋轉軸20上剝離並鋪展開，從
而形成所述奈米碳管結構17。該雷射燒蝕法可以最大限度地減少污染物的引入。
可以理解，在將所述奈米碳管膜14固定於所述旋轉軸20的表面之前，可進一步在所述旋轉軸20的表面形成一包覆層24。該包覆層24可均勻地包覆在所述柱體的柱面。該包覆層24具有複數個均勻分佈的微孔。該微孔的直徑可以為100微米~1毫米，相鄰的微孔之間的間距為10微米~100微米，該微孔的深度為1微米~1毫米。可以理解，所述微孔亦可以採用其他不同結構的組合。只需滿足所述微孔的直徑和間距的比值大於等於5：1，且所述微孔的間距小於等於100微米，使得所述複數個微孔的總凹陷面積大於等於所述圓柱面面積的80%。該包覆層24的材料選自金屬、金屬氧化物、陶瓷、橡膠等材料。本實施例中，所述包覆層24為一陽極氧化鋁層。該陽極氧化鋁層為通過陽極氧化法製備得到。該陽極氧化鋁層具有複數個均勻分佈的微孔，相鄰的微孔之間的距離約為50微米，該微孔的直徑約為500微米。由於該包覆層24具有複數個均勻分佈的微孔，故，該奈米碳管層15與所述包覆層24的有效接觸面積較小，該奈米碳管層15與所述包覆層24的有效接觸面積小於所述奈米碳管層15層面積的20%，故，該奈米碳管層15與所述包覆層24的作用力較小，使得該奈米碳管層15可以容易的與所述旋轉軸20剝離。
此外，形成所述奈米碳管結構17後，可以進一步使用一易揮發的有機溶劑處理所述奈米碳管結構17。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管結構17的整個結構，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，該奈米碳管結構17中的相互平行的複數個奈
米碳管通過凡得瓦力緊密結合，並使奈米碳管結構17中相鄰的奈米碳管膜14之間緊密結合。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。本實施例中，該有機溶劑為乙醇。
步驟S34，將所述奈米碳管結構17鋪設於一柔性基底11，並在所述奈米碳管結構17表面平行且間隔設置兩個電極16，從而形成所述加熱墊40。
所述柔性基底11與本發明第一實施例中的柔性基底11相同。具體地，將所述奈米碳管結構17鋪設於所述柔性基底11的表面從而形成一層狀結構，然後再將兩個電極16平行且間隔設置於所述奈米碳管結構17的表面，從而形成所述加熱墊40。當然，亦可以將兩個電極16平行且間隔在柔性基底11的表面，然後將所述奈米碳管結構17覆蓋所述兩個電極16，從而形成所述加熱墊40。優選地，所述加熱墊40中的奈米碳管的延伸方向從一個電極16指向另一個電極16。即，該奈米碳管的延伸方向垂直於所述兩個電極16的延伸方向。
可以理解，亦可以將一第二柔性基板覆蓋於所述加熱墊40中奈米碳管結構17的表面。該第二柔性基板具有絕緣、防塵及防護作用。
此外，亦可以在將奈米碳管膜14纏繞於旋轉軸20的過程中，將複數個電極16固定於奈米碳管層15上，然後繼續旋轉所述旋轉軸20將複數個電極16包覆於所述奈米碳管層15。該方法可以實現所述電極16與奈米碳管層15的良好接觸，降低接觸電阻。
本發明實施例所提供的加熱墊中具有較大的厚度，故，該加熱墊具有強度高、韌性大等特點；此外，由於該加熱墊中的奈米碳管從一個電極延伸至另一個電極，故，該加熱墊在奈米碳管的延伸方向具有較小電阻，從而使該加熱墊具有較好的加熱效果。
本發明實施例所提供的加熱墊的製備方法通過從一奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管膜，並將該奈米碳管膜快速纏繞於一旋轉軸或柔性基底，從而形成多層奈米碳管膜相互堆疊的奈米碳管層，可以快速的製備加熱墊。此外，通過該方法還可以一次性製備複數個加熱墊。故，該製備方法具有製備工藝簡單、快速、易於工業化等優點。
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。舉凡習知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內。
30‧‧‧加熱墊
11‧‧‧柔性基底
12‧‧‧奈米碳管陣列
13‧‧‧矽基板
14‧‧‧奈米碳管膜
15‧‧‧奈米碳管層
16‧‧‧電極
20‧‧‧旋轉軸
22‧‧‧滾軸
α‧‧‧交叉角
Claims (16)
- 一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一柔性基底，在所述柔性基底表面設置至少兩個電極，將所述柔性基底設置於所述旋轉軸表面，使所述柔性基底設置有電極的表面遠離所述旋轉軸；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述柔性基底的表面；旋轉所述旋轉軸，所述奈米碳管膜連續地從所述奈米碳管陣列中拉出並纏繞於所述柔性基底的表面，從而在所述柔性基底的表面形成一奈米碳管層；以及將所述柔性基底及奈米碳管層沿平行於旋轉軸軸心的直線斷開，從而形成所述加熱墊。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，將所述奈米碳管膜固定於所述柔性基底的表面後，該奈米碳管膜與所述奈米碳管陣列中奈米碳管的延伸方向形成一夾角，該夾角在60°~90°之間。
- 如請求項第2項所述的加熱墊的製備方法，其中，該夾角在85°~90°之間。
- 如請求項第3項所述的加熱墊的製備方法，其中，所述旋轉軸的轉動的線速度為5m/s~15m/s之間。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，將所述柔性基底設置於所述旋轉軸時，使該電極的延伸方向平行於所述旋轉軸的軸向。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，所述將柔性基底及奈米 碳管層沿平行於旋轉軸軸心的直線斷開的方法為機械切割法或雷射燒蝕法。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，進一步包括沿任意兩個電極之間平行於旋轉軸軸心的直線將所述柔性基底及奈米碳管層斷開。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，進一步包括在所述旋轉軸的一側平行設置一滾軸，該滾軸在將所述奈米碳管膜纏繞於所述柔性基底表面從而在形成所述奈米碳管層的過程中，擠壓所述奈米碳管層。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，所述柔性基底的材料選自矽橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯和無紡布。
- 如請求項第1項所述的加熱墊的製備方法，其中，進一步提供一第二柔性基底，並將所述第二柔性基底覆蓋在所述奈米碳管層的表面，使該奈米碳管層夾持在兩個柔性基底之間。
- 一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一柔性基底，將所述柔性基底設置於所述旋轉軸；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述柔性基底的表面；旋轉所述旋轉軸，將所述奈米碳管膜纏繞於所述柔性基底的表面，從而在所述柔性基底的表面形成一奈米碳管層；將所述柔性基底及奈米碳管層沿平行於旋轉軸的軸線斷開；以及在所述奈米碳管層表面平行且間隔設置至少兩個電極。
- 一種加熱墊的製備方法，包括：提供一旋轉軸，該旋轉軸為一柱體，且具有一旋轉軸心；提供一奈米碳管陣列，從所述奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將所述奈米碳管膜固定於所述旋轉軸的表面； 旋轉所述旋轉軸，將所述奈米碳管膜纏繞於所述旋轉軸的表面，從而在所述旋轉軸的表面形成一奈米碳管層；將所述奈米碳管層沿平行於旋轉軸軸心的直線斷開並與所述旋轉軸脫離；以及在所述奈米碳管層表面平行且間隔設置至少兩個電極。
- 如請求項第12項所述的加熱墊的製備方法，其中，進一步將所述奈米碳管層鋪設於一柔性基板。
- 如請求項第12項所述的加熱墊的製備方法，其中，在將所述奈米碳管膜固定於所述旋轉軸的表面之前，在所述旋轉軸的外表面預先形成一包覆層。
- 如請求項第14項所述的加熱墊的製備方法，其中，所述包覆層具有複數個均勻分佈的微孔，該微孔的直徑可以為100微米~1毫米，相鄰的微孔之間的間距為10微米~100微米，該微孔的深度為1微米~1毫米。
- 如請求項第15項所述的加熱墊的製備方法，其中，所述包覆層具有複數個均勻分佈的微孔，所述微孔的直徑和間距的比值大於等於5：1且小於等於100：1，且所述微孔的間距為10微米~100微米。
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