一种二维纳米碳发热体及柔性电加热模组的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电加热制品，具体涉及一种二维纳米碳发热体、柔性电加热模组。
【背景技术】
[0002]电加热材料是利用电流热效应而产生热能的材料，在民用和工业上有广泛应用。普通的电热材料可分为金属电热材料和非金属电热材料两类。金属类电热材料主要包括贵金属(Pt)、高温熔点金属(W、Mo、Ta、Nb)及其合金、镍基合金和铁铝系合金。非金属电热材料主要有碳纤维、碳化硅、铬酸镧、氧化锆、二硅化钼等。单纯的金属电热体和非金属电热材料都存在一些问题，比如，高温抗蠕变性能和室温韧性较低，抗弯折、抗揉搓等柔性能力均不理想，尤其是金属类电热材料具有抗腐蚀性能差，电路集成制造过程依赖于强酸刻蚀而存在安全隐患等缺点。
[0003]近年来，碳纳米管、石墨稀等纳米碳材料因在力学、电学、热学、化学稳定性等方面均表现出优异的性能，也逐渐被应用于制备电加热材料及元件，并越来越受到研究人员的青睐。例如，目前已有较多关于基于碳纳米管膜、碳纳米管纤维等的面热源、线热源、电热织物等的报道，这些报道可参阅0附010905864丄附014001984，0附010905864丄附01192490八等。但现有的这些电加热元件等在应用中都或多或少存在一些缺陷。以CN101090586A中公开的纳米柔性电热材料为例，其中碳纳米管是分散在柔性基体内，若碳纳米管含量高，则会存在严重团聚，导致该电热材料各局部的发热性能不均，若碳纳米管含量低，则该电热材料的热响应速度和电热转换效率将较低，发热温度不高，且这些柔性基体只能选择聚合物材料，耐热能力差。又以范守善等研究者提出的一种面热源为例，其包括一加热元件，该加热元件包括基体及一体的自支撑的碳纳米管结构，所述碳纳米管结构包括至少一层碳纳米管碾压膜，每一层碳纳米管碾压膜中相邻的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸弓丨，紧密结合;至少两电极间隔设置并与该加热元件电连接。该面热源中碳纳米管需与一定厚度的基体一体结合，因此一方面可能较难满足轻、薄、透气之要求，另一方面亦较难实现大面积的面热源，在使用时也基本无法依据实际应用之需求而任意裁剪，不能很好的构建柔软、轻薄之可穿戴取暖产品。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种二维纳米碳发热体、柔性电加热模组及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括:
[0006]本实用新型的实施例提供了一种二维纳米碳发热体，其包括:
[0007]至少一膜状电热结构，所述膜状电热结构包含主要由多层二维碳纳米管网络构成的多孔结构，所述膜状电热结构所含孔的孔径为I?lOOnm，孔隙率在30%以上，且在与所述膜状电热结构对应的平面内，所述膜状电热结构在一选定方向上的电导率大于所述膜状电热结构在不同于所述选定方向的其余方向上的电导率；
[0008]至少两个柔性电极，该至少两个柔性电极沿所述设定方向间隔设置，并均与所述膜状电热结构电连接。
[0009]本实用新型实施例还提供了一种柔性电加热模组，其包含:
[0010]纳米发热层，包含所述的二维纳米碳发热体，
[0011]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；
[0012]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。
[0013]本实用新型实施例还提供了一种制备所述柔性电加热模组的方法，其包括:
[0014]提供至少一所述的膜状电热结构，并将该至少一膜状电热结构裁剪至所需形状；
[0015]提供至少两个所述的柔性电极，并将该至少两个柔性电极沿所述的设定方向间隔设置，且使该至少两个柔性电极均与所述膜状电热结构电连接，从而构成所述的二维纳米碳发热体；
[0016]以所述的二维纳米碳发热体作为纳米发热层，并将所述的两个柔性表面层直接贴合在所述纳米发热层的相背的两侧表面。
[0017]优选的，所述制备方法还可包括对由所述纳米发热层和所述的两个柔性表面层形成的夹心结构进行压制而使该三者结合成一体的操作。
[0018]与现有技术相比，本实用新型的优点包括:所述的二维纳米碳发热体无需与基体结合，具有轻、薄等特点，可实现大面积制备，在制成柔性电加热模组时，可依据实际需要而任意裁剪，便于加工，且可仍旧保持电/热转换效率高，升温迅速，发热均匀，辐射效率高，电热稳定性优良等特点，尤其适于制备可穿戴式的取暖保健产品。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型一较佳实施方案中一种碳纳米管薄膜的SEM图；
[0020]图2是本实用新型一较佳实施方案中一种二维纳米碳发热体的结构示意图；
[0021]图3是本实用新型一较为典型的实施例中一种柔性电加热模组的结构示意图；
[0022]图4是本实用新型一较为典型的实施例中另一种柔性电加热模组的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。
[0024]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
[0025]本实用新型的第一实施例中提供的一种二维纳米碳发热体包括:
[0026]至少一膜状电热结构，所述膜状电热结构包含主要由多层二维碳纳米管网络构成的多孔结构，所述膜状电热结构所含孔的孔径为I?lOOnm，孔隙率在30%以上，且在与所述膜状电热结构对应的平面内，所述膜状电热结构在一选定方向上的电导率大于所述膜状电热结构在不同于所述选定方向的其余方向上的电导率；
[0027]至少两个柔性电极，该至少两个柔性电极沿所述设定方向间隔设置，并均与所述膜状电热结构电连接。
[0028]所述的“二维”系是指沿二维方向延伸的结构，但其并非仅仅局限于完全的平面，而可以是具有一定厚度的薄膜、片层状结构等。
[0029]例如，在一具体的实施方案中，请参阅图2，该二维纳米碳发热体可包括一所述的膜状电热结构100以及两个柔性电极200、300，该两个柔性电极沿所述设定方向(如箭头所示方向)间隔设置，并与所述膜状电热结构电连接。
[0030]其中，当将该两个柔性电极与低压电源连接后，电流可沿该两个柔性电极迅速从所述膜状电热结构内通过，从而迅速驱使所述膜状电热结构产生热量及热辐射。
[0031]其中，该主要由多层二维碳纳米管网络构成的多孔结构可优选为具有自支撑结构的碳纳米管膜，其在无支撑体支撑的情况下，仍能保持自身固有的形态。该碳纳米管膜具有的大量的前述孔径范围的三维孔洞结构，可以使该碳纳米管膜在保持较高力学强度(例如抗拉强度在80MPa以上，耐揉搓)和较好透气性的前提下具有较小的面密度(约3?15g/m2)，更为轻薄柔软，同时还使该碳纳米管膜保持较低的面电阻(在所述的选定方向上，导电率在1.0X 104s/m以上)和较大电流载流能力(约10?50A/mm2)，即，保障其具有较高导电能力。
[0032]进一步的，该碳纳米管膜中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。
[0033]较为优选的，该碳纳米管膜可以是采用由化学气相沉积法直接制备的大面积碳纳米管薄膜，该薄膜可任意弯曲折叠和裁剪，厚度可优选控制于3?50μπι，面密度可优选控制于3?15g/m2，具有质轻、柔软、可透气、高导电率、大电流承载能力等特点。例如，在所述选定方向上的电导率约1.0 X 14?1.0 X 10/111，抗拉强度约80?2001^，请参阅图1。
[0034]例如，在本实