一种波热转化结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种波热转化结构，其由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。所述波热转化结构还可包括一热传导层，所述热传导层的热传导系数为10W/m·K～3000W/m·K。
【专利说明】
-种波热转化结构
技术领域
[0001] 本发明设及波热转化和热波转化技术领域，尤其设及一种可实现高的波热双向转 化效率的波热转化结构。
【背景技术】
[0002] 根据热物理学定理，一切溫度高于绝对零度的物体都能产生热福射。当热福射投 射于物体表面上时，会发生吸收、反射和穿透运=种现象。热能热福射率越大，表面该材料 福射出的能量占吸收能量的比重就愈大。
[0003] 相对于热传导、热对流而言，热福射具有不需要接触、不需要介质的优点。现有的 热福射源一般采用金属材料，常溫下的热波转化效率只有20 %-30 %，存在效率偏低的问 题。并且难W直接将金属材料作为热福射吸热材料而实现波热转化。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可实现高的波热双向转化效率的波热 转化结构，W解决现有技术中的问题。
[0005] 本发明提供一种波热转化结构，其由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组 织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。
[0006] 优选的，多个纤维状结构排列堆搁。
[0007] 优选的，所述纤维状结构为碳纳米管、膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的混合 物。
[000引优选的，所述碳纳米管的直径为1纳米~50纳米。
[0009] 优选的，所述纤维状结构为金属微纤维、氮化棚纤维或碳族元素的纤维材料。
[0010] 优选的，所述金属微纤维的截面尺寸为10纳米~100纳米。
[0011] 优选的，所述波热转化结构还包括一热传导层，所述热传导层的热传导系数为 lOW/m ? K~3000W/m ? K。
[0012] 优选的，所述热传导层的材料为碳基材料或金属。
[0013] 优选的，所述热传导层的密度为O.Olg/cm3~1.5g/cm3,所述热传导层的厚度为 0.1 mm~10mm。
[0014] 优选的，所述热传导层的密度为0.4g/cm3~1.2g/cm3,所述热传导层的厚度为 0.1 mm~SmniD
[0015] 优选的，所述波热转化层的厚度为2微米~10毫米。
[0016] 相较于现有技术，本发明所述波热转化结构由多个纤维状结构交错、勾牵而形成 的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微 隙，该纤维状结构的枝状结构可作为天线，有助于实现热福射效果;该微隙用于实现黑桐效 应，即热量与红外线的双向转化。
[0017] 所述波热转化结构还包括热传导层，所述热传导层的热传导系数为lOW/m . K~ 3000W/m ? K，因而所述热传导层的传热效果较好，可很快的将热量传递至纤维状结构。
[0018] 所述波热转化结构具有很高的热福射率，热波转化效率高。外部环境为室溫时，所 述波热转化结构的热波转化效率可达80%及W上，具体的，在外部环境与所述波热转化结 构自身的溫差为3摄氏度的环境下波热双向转换效率可达60% W上，当溫差越大，其波热双 向转换效率越高。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明所述波热转化结构的结构示意图（其中1表示热传导层，2表示纤维状 结构，3表示微隙）。
[0020] 图2为本发明某一实施例中膨胀石墨的照片。
[0021] 图3为图2所述膨胀石墨的显微镜照片。
[0022] 图4为本发明某一实施例中将石墨经二次膨胀得到的层数为50~250层的多层石 墨締结构的照片。
[0023] 图5为本发明所述波热转化结构应用于天花板之后室内的溫度分布图。
【具体实施方式】
[0024] 下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实 施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本 发明保护的范围。
[0025] 本发明提供了一种波热转化结构。如图1所示，所述波热转化结构由多个纤维状结 构2交错、勾牵而形成的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构2的枝状结构，并且所述纤 维状结构2之间形成微隙3。
[0026] 该多个纤维状结构排列堆搁。所述波热转化结构用于实现波热的双向转化。
[0027] 所述微隙3的尺寸为5纳米~100纳米。优选的，所述微隙3的尺寸为10纳米~50纳 米。所述纤维状结构2的截面的尺寸为1纳米~100纳米。优选的，所述纤维状结构2的截面的 尺寸为1纳米~50纳米。更优选的，所述纤维状结构2的截面的尺寸为5纳米~50纳米。所述 波热转化结构的厚度为2微米~10毫米。优选的，所述波热转化结构的厚度为2微米~5毫 米。
[0028] 所述纤维状结构2的材料可为金属微纤维、氮化棚纤维或碳族元素的纤维材料。进 一步的，所述纤维状结构2的材料也可为碳纳米管、膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的 混合物。所述纤维状结构2的作用主要为实现波与热的双向转换，其次也作为导热通道，而 实现将热量快速传导。在某一实施例中，所述金属微纤维制备方法可为在金属的表面采用 刻蚀等手段形成。
[0029] 在某一实施例中，所述纤维状结构2的材料可为碳基材料，比如膨胀石墨、碳纳米 管或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。当所述纤维状结构2的材料为膨胀石墨时，由于膨胀 石墨自身的蠕虫状结构(请参阅图2及图3)，可在其表面形成多个微隙W及纤维状结构，运 些微隙有利于形成黑桐效应，吸收热福射;该纤维状结构也有助于本体热福射。
[0030] 当所述纤维状结构2的材料包括碳纳米管时，碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳 纳米管或多壁碳纳米管。由于碳纳米管自身内部的孔桐结构可具有黑桐效果，并且所述碳 纳米管之间形成的微隙也可具有良好的黑桐效果，从而可最大化实现波与热的双向转化。
[0031] 所述波热转化结构还可包括一热传导层1。所述多个纤维状结构设置于所述热传 导层1的表面。所述热传导层1用于传导热量。
[0032] 所述热传导层1的热传导系数为lOW/m ? K~3000W/m ? K，优选为，lOW/m ? K~ lOOOW/m ? K，更优选的，为lOW/m ? K~300W/m ? K。所述热传导层1的材料可为碳基材料或金 属。所述碳基材料可为膨胀石墨、碳纳米管、石墨締中的至少一种。更具体的，所述碳基材料 可为膨胀石墨、类石墨締颗粒、碳纳米管的复合材料。所述膨胀石墨为层数为50~IO3的多 层石墨締结构。所述膨胀石墨的制备方法为将石墨经过一次膨胀处理而得到。所述类石墨 締颗粒是指先将石墨经二次膨胀处理得到的层数为50~250层的多层石墨締结构，再粉碎 而成的粉末状颗粒。请参阅图4,为将石墨经二次膨胀得到的层数为50~250层的多层石墨 締结构。所述类石墨締颗粒的堆积密度为0.15g/cm3~0.3g/cm3，优选为0.2g/cm 3~0.25g/ cm3。所述类石墨締颗粒的表观粒度为50目~300目，优选的，为150目~200目。
[0033] 当所述热传导层1的材料包括碳纳米管时，所述碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁 碳纳米管或多壁碳纳米管。此时为区分所述热传导层1中的碳纳米管与所述纤维状结构中 的碳纳米管，而将所述热传导层1中的碳纳米管命名为第一碳纳米管，将所述纤维状结构2 中的碳纳米管命名为第二碳纳米管。
[0034] 所述热传导层1也可为膨胀石墨、类石墨締颗粒、第一碳纳米管的物理混合后直接 压制而形成，也可先将膨胀石墨与类石墨締颗粒混合后进行压制，再铺上第一碳纳米管并 压制而得到。类石墨締颗粒W及第一碳纳米管均匀分布于所述膨胀石墨中，其二者的作用 在于进一步提高所述膨胀石墨的导热性能，运是由于仅采用膨胀石墨时，膨胀石墨的多层 石墨締结构导致仅在平行于其表面的方向上具有优异的导热性能，通过加入类石墨締颗粒 W及第一碳纳米管，可在层与层之间建立导热通道，形成=维的导热网络，从而使得到的复 合材料在各个方向均具有优异的导热性能。
[0035] 当所述热传导层1为膨胀石墨、类石墨締颗粒、第一碳纳米管的复合材料，此时，所 述膨胀石墨占所述热传导层1的质量百分比为大于等于70%且小于100%，所述类石墨締颗 粒占所述热传导层1的质量百分比为大于0且小于30%，所述第一碳纳米管占所述热传导层 1的质量百分比为大于0且小于30%。优选的，所述膨胀石墨占所述热传导层1的质量百分比 为大于等于70%且小于等于80%，所述类石墨締颗粒占所述热传导层1的质量百分比为大 于10且小于等于20%，所述第一碳纳米管占所述热传导层1的质量百分比为大于等于10且 小于等于20 %。
[0036] 在某一实施例中，所述热传导层1的材料也可仅为膨胀石墨。所述膨胀石墨是指层 数为50~IO3的多层石墨締结构。如图2及图3所示，所述膨胀石墨为蠕虫状。所述膨胀石墨 可通过石墨制备得到。
[0037] 所述热传导层1的密度为O.Olg/cm3~1.5g/cm3,所述热传导层1的厚度为0.1mm~ l0mm。优选的，为了使得所述波热转化结构具有优异的导热率与热福射率，所述热传导层l 的密度选择为0.4g/cm3~1.2g/cm3，所述热传导层1的厚度为0.1 mm~5mm。
[0038] 当所述波热转化结构包括热传导层1及纤维状结构2,热传导层1及纤维状结构2的 材料均为膨胀石墨时，可先将膨胀石墨原料压为一层状结构作为热传导层1，然后平铺上另 一膨胀石墨原料W较小的压力压制或者直接采用粘结剂等方式将其固定于热传导层I的表 面，形成所述纤维状结构2,此时所述热传导层1与所述纤维状结构2的原料均相同，但是两 者的密度有所不同。
[0039] 当所述波热转化结构仅包括纤维状结构2时，可直接将膨胀石墨经一次压制而得 到所述波热转化结构，此时所述波热转化结构仅包括多个纤维状结构，而不包括所述热传 导层1。
[0040] 当所述波热转化结构包括热传导层1，纤维状结构2为第二碳纳米管时，可在所述 热传导层1的表面通过直接生长、粘结等方式形成多个第二碳纳米管。所述多个第二碳纳米 管可为垂直于所述热传导层1的表面，也可呈无序分布。所述第二碳纳米管由所述热传导层 1的表面向外延伸。具体的，一部分的第二碳纳米管可垂直于所述热传导层1的表面，另一部 分的第二碳纳米管可与所述热传导层1的表面形成纯角或锐角而出现相邻的多个第二碳纳 米碳之间相互交错的情形。优选的，所述第二碳纳米管基本垂直于所述热传导层1的表面， 所述"基本垂直"是指大多数的第二碳纳米管垂直所述热传导层1的表面，而并不排除少数 的第二碳纳米管与所述热传导层1的表面呈锐角或纯角的情形。
[0041] 相较于现有技术，本发明所述波热转化结构由多个纤维状结构2交错、勾牵而形成 的疏松组织，该疏松组织保留了纤维状结构2的枝状结构，并且所述纤维状结构2之间形成 微隙3,该纤维状结构2的枝状结构可作为天线，有助于实现热福射效果;该微隙3用于实现 黑桐效应，即热量与红外线的双向转化。
[0042] 所述波热转化结构还包括热传导层1，所述热传导层1的热传导系数为lOW/m ? K~ 3000W/m ? K，因而所述热传导层1的传热效果较好，可很快的将热量传递至纤维状结构2。
[0043] 所述波热转化结构具有很高的热福射率，热波转化效率高。外部环境为室溫时，所 述波热转化结构的热波转化效率可达80%及W上，具体的，在外部环境与所述波热转化结 构自身的溫差为3摄氏度的环境下波热双向转换效率可达60% W上，当溫差越大，其波热双 向转换效率越高。
[0044] 下面结合具体实施例对本发明的波热转化结构进行说明。
[0045] 选择W下实施例中的组分及重量配比，进行模压成型。
[0046]
[0047] 从W上实施例中可W看出，本发明的波热转化结构具有很高的波热转化效率。请 参阅图5,将该波热转化结构作为天花板使用时，相比传统的空调系统，具有很好的节能效 果。使用本发明所述波热转化结构的天花板(波谱系统)工作时(见图5左侧图），房间内垂直 方向上的溫度分布;传统空调系统工作时(见图5中间图），房间内垂直方向上的溫度分布。 可见，传统空调的热风对流加热方式将大部分能源用于加热空气，且热空气盘踞房间中上 部，造成能源浪费，而本发明所应用的波谱系统通过热福射的方式直接将热量福射到房间 中的人、座椅、地板等物件上，避免了加热空气，避免了大部分能源的浪费。从图5右侧图可 直观的看出，传统空调系统比本发明波谱系统消耗更多的能量。
[004引 W上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W对本发明进行 若干改进和修饰，运些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0049]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对运些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种波热转化结构，其特征在于，其由多个纤维状结构交错、勾牵而形成的疏松组 织，该疏松组织保留了纤维状结构的枝状结构，并且所述纤维状结构之间形成微隙。2. -种如权利要求1所述的波热转化结构，其特征在于，多个纤维状结构排列堆砌。3. -种如权利要求1所述的波热转化结构，其特征在于，所述纤维状结构为碳纳米管、 膨胀石墨、或者膨胀石墨与碳纳米管的混合物。4. 一种如权利要求3所述的波热转化结构，其特征在于，所述碳纳米管的直径为1纳米 ~50纳米。5. -种如权利要求1所述的波热转化结构，其特征在于，所述纤维状结构为金属微纤 维、氮化硼纤维或碳族元素的纤维材料。6. -种如权利要求5所述的波热转化结构，其特征在于，所述金属微纤维的截面尺寸为 10纳米~100纳米。7. -种如权利要求1所述的波热转化结构，其特征在于，所述波热转化结构还包括一热 传导层，所述热传导层的热传导系数为l〇W/m · K~3000W/m · K。8. -种如权利要求7所述的波热转化结构，其特征在于，所述热传导层的材料为碳基材 料或金属。9. 一种如权利要求7所述的波热转化结构，其特征在于，所述热传导层的密度为0.0 lg/ cm3~1.5g/cm3,所述热传导层的厚度为0· Imm~10mm。10. -种如权利要求9所述的波热转化结构，其特征在于，所述热传导层的密度为0.4g/ cm3~1.2g/cm3,所述热传导层的厚度为0· Imm~5mm。11. 一种如权利要求1所述的波热转化结构，其特征在于，所述波热转化结构的厚度为2 微米~10毫米。
【文档编号】C04B35/52GK105908850SQ201610301537
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】袁奕琳
【申请人】宁波信远工业集团有限公司