一种二维纳米碳发热体、柔性电加热模组及其制备方法_2

文档序号:9730825阅读:来源:国知局
反应物通过注入装置输入到反应器中。
[0036]2)在反应容器中通过催化裂解在气相中形成碳纳米管。
[0037]3)将步骤2)中所形成的碳纳米管通过机械方式纺出,缠绕在辊筒上。
[0038]4)将步骤3)中缠绕在滚筒上的碳纳米管经过不同程度的碾压,可以形成具有不同密度结构的碳纳米管薄膜。
[0039]在上述步骤中,所述注入装置可以采用注射栗、液体喷射器或超声雾化注入装置,注入方式可采用单孔或多孔串联并排方式。
[0040]所述含碳原料为碳氢气体、含碳有机物以及混合碳源。碳氢气体包括甲烷、乙烯或乙炔等;碳氢有机物包括乙醇、丙酮、乙二醇、乙醚、苯或正己烷及混合等;混合碳源包括甲烷与甲醇、乙烯与甲醇等。
[0041]所述催化剂为二茂铁、氯化铁、硫化铁、硫酸铁、草酸镍等,最佳为二茂铁或醋酸钴。所述的催化剂占反应物质量百分比0.01?15 %。
[0042]所述的促进剂为水、噻吩、醋酸钼等。促进剂的用量为反应物质量的0.01-10%。
[0043]所述反应气流为每分钟2000?8000毫升。
[0044]所述反应器温度为1000?1700°C。
[0045]所述碳氢物注入速率每小时10?100毫升。
[0046]在一些实施方案中,所述膜状电热结构还可包含结合于组成所述多孔结构的至少部分碳纳米管表面的至少一层石墨烯或金属镀层。通过在碳纳米管表面复合石墨烯或金属,还可进一步提升所述膜状电热结构的导电性。
[0047]其中,所述的石墨烯可以化学键合或物理吸附的方式结合于所述的碳纳米管表面,并可以是单层或多层。所述的化学键合方式可以通过等离子处理或高温热处理等方法实现。所述的物理吸附可以通过浸泡、喷涂或刷涂等方法实现。
[0048]所述的金属镀层可以通过电镀、化学镀等方式结合于所述的碳纳米管表面。
[0049]所述的石墨烯可以是氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、单层或少层的石墨烯微片等,厚度优选为?Μ?-3μηι。
[OOM]所述金属镀层的材质可以是镍、镍络合金等,厚度优选为0.Ιμπι?5μηι。
[0051]在本发明中,基于前述设计的膜状电热结构于通电状态下辐射出的红外线波长为3μηι?25μηι,并且其中90%以上的红外线的波长为3μηι?16μηι,属于人体易吸收的生命之光区域,可以作为理想的红外辐射加热元件,因此有更佳保健功能。并且,所述的膜状电热结构能够耐受500°C的高温,阻燃性能可达到UL-94标准V-0级别。
[0052]在本发明中,基于前述设计的膜状电热结构可以在电压为25V以下的安全低电压驱动下而迅速达到100°C以下的设计温度(设计温度与发热面积有关联),而且其升温速度极快,在1?2秒即可达到设定温度;在100°C的温度范围内,随着加热时间的增加,所述膜状电热结构的电阻值保持不变,具有优良的电热稳定性。
[0053]在一些实施方案中,所述二维纳米碳发热体可以包括两个或更多的前述膜状电热结构,依据实际应用的需求,这些膜状电热结构可以并排设置或层叠设置,也可以是部分交叠的设置方式。例如,在需要较高的发热功率时,可以将多个膜状电热结构层叠设置。又及,鉴于前述膜状电热结构单层具有各向异性导电属性,还可以将这些膜状电热结构交叉设置。例如,设其中一个膜状电热结构在第一方向上的电导率大于该膜状电热结构在不同于所述第一方向的其余方向上的电导率,另一个膜状电热结构在第二方向上的电导率大于该膜状电热结构在不同于所述第二方向的其余方向上的电导率,则可以将该两个膜状电热结构交错设置,使该第一方向与该第二方向之间成大于0°而小于180°的夹角。
[0054]其中,前述膜状电热结构的重叠层数及重叠交叉角度将决定所述二维纳米碳发热体的导电性和阻抗,进而影响其发热功率。
[0055]又及,所述的柔性电极是用于驱动作为发热层的所述膜状电热结构。
[0056]优选的,所述柔性电极选用由导电性能与金属导电材料接近的一种或多种柔性高导电性材料制成,以便其与所述膜状电热结构及电源线的连接。
[0057]所述柔性电极可以为一维或二维形态,例如,一维的柔性电极可以为柔性电线,二维的柔性电极可以是柔性导电布或柔性导电膜等,优选采用后者。例如,适用的柔性导电布或柔性导电膜的厚度优选为10?30μηι,方块电阻值小于20m Ω /□。
[0058]对于大面积的所述膜状电热结构来说,为利于其高效工作,可以采用多个柔性电极与所述膜状电热结构配合,例如,可以采用复数对柔性电极,每对柔性电极包含一第一柔性电极和一第二柔性电极,该第一柔性电极和该第二柔性电极沿所述设定方向间隔设置,并与所述膜状电热结构固定结合。该复数对柔性电极可交替间隔设置于所述膜状电热结构的外周缘部。
[0059]所述柔性电极可以通过导电粘接剂与所述膜状电热结构结合,或者也可以通过缝合等方式结合。在一些实施方案中,所述柔性电极也可由所述膜状电热结构的局部区域,例如其周缘部的一些区域直接形成,换言之,所述柔性电极可以与所述膜状电热结构一体设置。
[0060]进一步的,为利于所述膜状电热结构与低压电源连接,还可将所述柔性电极与柔性电源线通过粘结固定等方式连接。所述柔性电源线可选自电阻值小于ΙΩ/m的金属化复合纤维或导线等,例如镀银碳纳米管纤维、镀镍碳纤维、镀铜碳纤维、镀银碳纤维、镀银芳纶纤维、镀银聚酯纤维等,优选镀镍碳纤维。
[0061]本发明的第二实施例还提供了一种柔性电加热模组,其主要是基于前述的二维纳米碳发热体构建。
[0062]在一些实施方案中,一种柔性电加热模组可包含:
[0063]纳米发热层,包含所述的二维纳米碳发热体,
[0064]以及,直接结合于所述纳米发热层的相背的两侧表面的两个柔性表面层;
[0065]其中至少一个柔性表面层为导热体并能够使所述二维纳米碳发热体于工作时产生的热辐射透过,且该两个柔性表面层能够耐受的温度均高于所述二维纳米碳发热体以最大工作功率工作时产生的温度。
[0066]在一些实施方案中,所述二维纳米碳发热体被所述两个柔性表面层完全掩盖,并且通过从所述柔性表面层中穿出的柔性电极和/或柔性电源线与外设低压电源电连接。如此可避免二维纳米碳发热体因暴露在外而可能受损或危害使用者身体健康等问题,并提升用户的舒适感。
[0067]其中,所述柔性表面层可以通过粘接等方式与所述二维纳米碳发热体结合,但粘接材料的引入,可能会对所述二维纳米碳材料的物理、化学性能造成影响(例如影响其透气性、弱化其热辐射能力和导电率等),而且这些粘接材料通常不能耐受高温,极可能在所述二维纳米碳发热体以大功率工作时熔融或分解,影响所述柔性电加热模组的使用安全性。因此,较为优选的,在本发明中可以将所述膜状电热结构与柔性表面层直接贴合,因所述膜状电热结构比表面积大等特点,所述膜状电热结构与柔性表面层即可通过范德华力、作用等物理作用较为牢固的结合。进一步的,在所述膜状电热结构与柔性表面层贴合后,还可对其结合体进行压合处理,从而进一步提升所述二维纳米碳发热体与柔性表面层的结合牢固性,使之具有较为理想的耐弯折、耐揉搓性能,满足作为可穿戴式设备应用的需求。
[0068]在一些实施方案中,该两个柔性表面层中的一个柔性表面层的导热能力弱于另一个柔性表面层,以利于使所述二维纳米碳发热体产生的热量及热辐射向一个设定方向传导,而避免热量及热辐射从偏离于该设定方向,特别是相背于该设定方向的其余方向流失,从而获得更佳制热效果。
[0069]例如,在一些更为具体的实施方案中,请参阅图3,所述柔性电加热模组所包含的两个柔性表面层中,一个柔性表面层包括柔性防水透气层11和柔性绝缘层,另一个柔性表面层包括柔性防水透气层、柔性绝缘层13和柔性隔热保温层12;
[0070]在所述的两个柔性表面层内,所述柔性防水透气层均分布于所述纳米发热层10和柔性绝缘层之间;
[0071 ]在所述的另一个柔性表面层内,所述柔性隔热保温层分布于所述柔性防水透气层和柔性绝缘层之间。
[0072]或者,请参阅图4,在另一些较为具体的实施方案中,所述柔性隔热保温层覆盖在所述柔性绝缘层上。
[0073]其中,所述纳米发热层的厚度优选为3?5
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