空心热源的制备方法

专利名称：空心热源的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种空心热源的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的空 心热源的制备方法。
背景技术：
热源在人们的生产、生活、科研中起着重要的作用。空心热源是热源的 一种，其特点为空心热源具有一空心结构，将待加热物体设置于该空心结构 的空心中对物体进行加热，因此，空心热源可对待加热物体的各个部位同时 加热，力口热面广、力口热均匀且效率较高。空心热源已成功用于工业领域、科 研领域或生活领域等，如工厂管道、实验室加热炉或厨具电烤箱等。
空心热源的基本结构通常包括基底和设置在基底上的电热层，通过在电 热层中通入电流产生焦耳热使电热层的温度升高进而加热物体。现有的空心 热源的电热层通常采用金属丝，如铬镍合金丝、铜丝、钼丝或鴒丝等通过铺
设或缠绕的方式形成。然而，釆用金属丝作为电热层具有以下缺点其一， 金属丝表面容易被氧化，导致局部电阻增加，从而被烧断，因此使用寿命短； 其二，金属丝为灰体辐射，因此，热辐射效率低，辐射距离短，且辐射不均 匀；其三，金属丝密度较大，重量大，使用不便。
为解决金属丝作为电热层存在的问题，碳纤维因为其具有良好的黑体辐 射性能，密度小等优点成为电热层材料研究的热点(请参见"Development Foreground and Market Analyze of Carbon Fiber" , Wang Hai-ying， Hi-Tech Fiber & Application, V0I8, P765(2007))。碳纤维作为电热层时，通常以碳纤维 纸的形式存在。所述碳纤维纸包括纸基材和杂乱分布于该纸基材中的沥青基 碳纤维。其中，纸基材包括纤维素纤维和树脂等的混合物，沥青基碳纤维的 直径为3 6毫米，长度为5 20孩i米。
所述碳纤维纸的制备方法包括以下步骤把合成纤维或纤维素纤维切成 3 6毫米的短纤维；按比例称重沥青基碳纤维和纸基材，并倒入打浆池中， 再加入水，使纸浆浓度为0.5~0.8%，进行打浆，使碳纤维和纸基材全部溶散开，打浆一般为2 4小时，温度控制在25 40。C;在纸浆中加入0.2 2%的松香， 加入2~6%的聚乙烯醇，并充分搅拌，均匀混合；采用现有的造纸工艺进行抄 纸，并烘干收巻。
然而，现有技术制备空心热源的方法具有以下不足第一，加热层采用 碳纤维纸，碳纤维纸的制备工艺复杂，且需要现有的造纸工艺使用的纸基材， 成本较高。第二，采用造纸工艺制备的碳纤维纸厚度较大，所以采用该方法 无法制备微型空心热源。
有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单，成本低廉，且可以用于制备微 型空心热源的空心热源的制备方法。

发明内容
一种空心热源的制备方法，其具体包括以下步骤提供一空心基底；制 备一碳纳米管结构，将该碳纳米管结构设置于所述空心基底的表面；间隔形 成两个电极，所述两个电极与所述碳纳米管结构形成电连接，形成一空心热 源。
与现有技术相比较，本技术方案实施例所提供的空心热源的制备方法工 艺简单，成本低廉，可以用于制备微型空心热源，且该方法制备的空心热源 具有以下优点第一，碳纳米管的直径较小，使得碳纳米管层具有较小的厚 度，可以制备微型空心热源，应用于微型器件的加热。第二，碳纳米管比碳 纤维具有更小的密度，所以，采用碳纳米管层的空心热源具有更轻的重量， 使用方便。第三，所述的碳纳米管层具有较低的电阻，且碳纳米管的电热转 换效率高，热阻率低，所以该空心热源具有升温迅速、热滞后小、热交换速 度快的特点。


图1为本技术方案实施例所提供的空心热源的结构示意图。
图2为图1中沿n-n线的剖面示意图。
图3为本技术方案实施例的空心热源的制备方法流程图。
图4为本技术方案实施例的碳纳米管有序膜的扫描电镜照片。
图5为本技术方案实施例的束状结构的碳纳米管长线的扫描电镜照片。图6为本技术方案实施例的绞线结构的碳纳米管长线的扫描电镜照片。 图7为本技术方案实施例的碳纳米管沿同一方向择优取向排列的碳纳米
管碾压膜的扫描电镜照片。
图8为本技术方案实施例碳纳米管沿不同方向择优取向排列的碳纳米管
碾压膜的扫描电镜照片。
图9为本技术方案实施例的碳纳米管絮状结构的照片。
图IO为本技术方案实施例的碳纳米管絮化膜的照片。
图11为本技术方案实施例的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。
具体实施例方式
以下将结合附图详细说明本技术方案提供的空心热源的制备方法。
请参见图1及图2，本技术方案实施例提供一种空心热源100，该空心 热源100包4舌一空心基底102; —碳纳米管结构104，该碳纳米管结构104 设置于空心基底102的表面，本实施例中碳纳米管结构104设置于空心基底 102的内表面； 一反射层108，该反射层108位于碳纳米管结构104的外围， 本实施例中，反射层108设置于空心基底102的外表面； 一第一电极110及 一第二电极112，第一电极110和第二电极112间隔i殳置于,友纳米管结构104 的表面，并分别与碳纳米管结构104电连接； 一绝缘保护层106,该绝缘保 护层106设置于碳纳米管结构104的表面，本实施例中，绝缘保护层106设 置于碳纳米管结构104的内表面。
请参阅图2，本技术方案实施例提供一种空心热源100的制备方法，其 主要包括以下步骤
步骤一，提供一空心基底102。
所述空心基底102的材料不限，用于支撑碳纳米管结构104，可为硬性 材料，如陶瓷、玻璃、树脂、石英、塑料等。空心基底102亦可以选择柔 性材料，如树脂、橡胶、塑料或柔性纤维等。当空心基底102为柔性材料 时，该空心热源100在使用时可根据需要弯折成任意形状。所述空心基底102 的形状大小不限，其具有一空心结构即可，可为管状、球状、长方体状等， 可以为全封闭结构，也可以为半封闭结构，其具体可根据实际需要进行改变。 空心基底102的横截面的形状亦不限，可以为圆形、弧形、长方形等。本实施例中，空心基底102为一空心陶瓷管，其横截面为一圆形。 步骤二，制备一碳纳米管结构104。
所述碳纳米管结构104包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管结构 104中的碳纳米管有序排列或无序排列。具体的，所述的碳纳米管结构104 包括碳纳米管有序膜、碳纳米管长线结构、碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化 膜等。
根据碳纳米管结构104的不同，所述碳纳米管结构104的制备方法包括 直接拉膜法、碾压法、絮化法等。下面将对上述几种碳纳米管结构104的制 备方法进4于分别4又述。
(一)采用碳纳米管有序膜的碳纳米管结构104的制备方法，包括以下
步骤
首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基底，该阵列为超顺排的碳纳米管 阵列。
该碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括(a) 提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的 硅基底，本技术方案实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均 匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或 其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700。C 卯(TC 的空气中退火约30分钟 90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保 护气体环境下加热到500。C 740。C,然后通入碳源气体反应约5分钟~30分 钟，生长得到碳纳米管阵列。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底 生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该定向排 列的碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒 等。
本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳納 米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。所述碳纳米管的直径为1~50纳米， 长度大于50微米。本实施例中，碳纳米管的长度优选为100 卯0微米。
本技术方案实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、曱烷等化学性质较活泼 的碳氢化合物，本技术方案实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或 惰性气体，本技术方案实施例优选的保护气体为氩气。可以理解，本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方
法，也可为石墨电极恒流电弧;改电沉积法、激光蒸发沉积法等。
其次，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得至少一碳纳 米管有序膜。
该碳纳米管薄膜的制备过程具体包括以下步骤该碳纳米管薄膜是从超 顺排碳纳米管阵列中直接拉取获得,其制备方法具体包括以下步骤(a)采 用一拉伸工具选取该超顺排碳纳米管阵列中的部分碳纳米管，本实施例优选
为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选定一定宽度的部分碳纳 米管；(b)以一定的速度沿基本垂直于超顺排碳纳米管阵列生长方向拉伸该 部分碳纳米管，形成一连续的碳纳米管有序膜。
请参见图4，在上述拉伸过程中,在拉力作用下超顺排碳纳米管阵列中的 部分碳纳米管沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时,由于范德华力作用,该超顺排 碳纳米管阵列中的其它碳纳米管首尾相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳 米管有序膜。该碳纳米管有序膜包括多个碳纳米管首尾相连且沿拉伸方向定 向排列。该碳纳米管有序膜的宽度与超顺排碳纳米管阵列的尺寸(直径/宽度) 有关，该碳纳米管有序膜的厚度与超顺排碳纳米管阵列的高度有关。 最后，利用上述碳纳米管有序膜制备碳纳米管结构104。 该碳纳米管有序膜可以作为一碳纳米管结构104使用。 进一步，还可以将至少两个碳纳米管有序膜平行无间隙或/和重叠铺设 得到一碳纳米管结构104。该多层碳纳米管结构104中，碳纳米管有序膜的 层数不限，且相邻两层碳纳米管有序膜之间具有一交叉角度a， 0So^卯度， 具体可依据实际需求制备。
本实施例中，进一步包括用有机溶剂处理碳纳米管结构104的步骤，该 有机溶剂为挥发性有机溶剂，可选用乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中 一种或者几种的混合，本实施例中的有机溶剂采用乙醇。该使用有机溶剂处 理的步骤可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管结构104表面浸润整个碳纳 米管结构104，或者，也可将上述碳纳米管结构104浸入盛有有机溶剂的容 器中浸润。所述的碳纳米管结构104经有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机 溶剂的表面张力的作用下，碳纳米管有序膜中平行的碳纳米管会部分聚集成 碳纳米管束。因此，该碳纳米管结构104表面体积比小，无粘性，且具有良好的机械强度及韧性。
(二) 釆用碳纳米管长线结构的碳纳米管结构104的制备方法，方法包 括以下步骤
首先，制备至少一碳纳米管长线。
所述碳纳米管长线结构包括至少一个碳纳米管长线，所述的碳纳米管长 线包括多个碳纳米管首尾相连且沿该碳纳米管长线轴向/长度方向择优取向 排列。具体地,该碳纳米管长线中碳纳米管沿该碳纳米管长线轴向/长度方向 平行排列或呈螺旋状排列。该碳纳米管长线中碳纳米管通过范德华力紧密结 合。请参见图5，该碳纳米管长线中碳纳米管沿该碳纳米管长线轴向/长度方 向平行排列。请参见图6,该碳纳米管长线中碳纳米管沿该碳纳米管长线轴 向/长度方向呈螺旋状排列。
所述碳纳米管长线的制备方法为从上述超顺排的碳纳米管阵列中选取 一定宽度的多个碳纳米管，采用 一拉伸工具从碳纳米管阵列中直接拉取碳纳 米管，以形成一碳纳米管有序膜，再经过有机溶剂处理后获得。
所述碳纳米管长线的制备方法进一步包括采用一机械外力将上述碳纳 米管长线或者上述的碳纳米管有序膜扭转形成一碳纳米管长线。
其次，采用该碳纳米管长线制备一碳纳米管长线结构。
将多个碳纳米管长线平行且紧密设置，得到一束状碳纳米管长线结构。
线结构。
(三) 釆用碳纳米管碾压膜的碳纳米管结构104的制备方法，包括以下
步骤
首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基底，该阵列为定向排列的碳纳米 管阵列。
所述碳纳米管阵列优选为一超顺排的碳纳米管阵列。所述碳纳米管阵列 与上述碳纳米管阵列的制备方法相同。
其次，釆用一施压装置，挤压上述碳纳米管阵列获得一碳纳米管碾压膜， 其具体过程为
该施压装置施加一定的压力于上述碳纳米管阵列上。在施压的过程中， 碳纳米管阵列在压力的作用下会与生长的基底分离，从而形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管碾压膜，且所述的多个碳纳米管基本上 与碳纳米管碾压膜的表面平行。
本技术方案实施例中，施压装置为一压头，压头表面光滑，压头的形状 及挤压方向决定制备的碳纳米管碾压膜中碳纳米管的排列方式。具体地，当
碳纳米管为各向同性排列的碳纳米管碾压膜；当采用滚轴状压头沿某一 固定 方向碾压时，可获得碳纳米管沿该固定方向取向排列的碳纳米管碾压膜；当 采用滚轴状压头沿不同方向碾压时，可获得碳纳米管沿不同方向取向排列的 碳纳米管碾压膜。
可以理解，当釆用上述不同方式挤压上述的碳纳米管阵列时，碳纳米管 会在压力的作用下倾倒，并与相邻的碳纳米管通过范德华力相互吸引、连接 形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管碾压膜。所述的多个 碳纳米管与该碳纳米管碾压膜的表面成一夹角a，其中，a大于等于零度且 小于等于15度(0^c^15。)。依据碾压得方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳 纳米管可以沿一固定方向择优取向排列，请参阅图7;或沿不同方向择优取 向排列，请参阅图8。另外，在压力的作用下，碳纳米管阵列会与生长的基 底分离，从而使得该碳纳米管碾压膜容易与基底脱离。
本技术领域技术人员应明白，上述碳纳米管阵列的倾倒程度(倾角)与 压力的大小有关，压力越大，倾角越大。制备的碳纳米管碾压膜的厚度取决 于碳纳米管阵列的高度以及压力大小。碳纳米管阵列的高度越大而施加的压 力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度 越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。该碳纳米管 碾压膜的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该碳纳米管碾压膜 的长度不限，可根据实际需求制得。本技术方案实施例中获得的碳纳米管碾 压膜，该碳纳米管碾压膜的厚度为l微米 2毫米。
上述碳纳米管碾压膜中包括多个沿同一方向或择优取向排列的碳纳米 管，所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸，因此该碳纳米管碾压膜具有很 好的韧性。该碳纳米管碾压膜中，碳纳米管均匀分布，规则排列。
可以理解，该碳纳米管碾压膜的具有一定的厚度，且通过碳纳米管阵列 的高度以及压力大小可以控制其厚度。所以该碳纳米管碾压膜可以直接作为一碳纳米管结构104使用。
(四)采用碳纳米管絮化膜的碳纳米管结构104的制备方法，包括以下
步骤
首先，提供一碳纳米管原料。
所述碳纳米管原料可以为通过化学气相沉积法、石墨电极恒流电弧放电 沉积法或激光蒸发沉积法等各种方法制备的碳纳米管。
本实施例中，采用刀片或其他工具将上述定向排列的碳纳米管阵列从基 底刮落，获得一碳纳米管原料。优选地，所述的碳纳米管原料中，碳纳米管 的长度大于100微米。
其次，将上述碳纳米管原料添加到一溶剂中并进行絮化处理获得一碳纳 米管絮状结构，将上述碳纳米管絮状结构从溶剂中分离，并对该碳纳米管絮 状结构定型处理以获得一碳纳米管薄膜。
本技术方案实施例中，溶剂可选用水、易挥发的有机溶剂等。絮化处理 可通过采用超声波分散处理或高强度搅拌等方法。优选地，本技术方案实施 例采用超声波分散10分钟 30分钟。由于碳纳米管具有极大的比表面积，相 互缠绕的碳纳米管之间具有较大的范德华力。上述絮化处理并不会将该碳納 米管原料中的碳纳米管完全分散在溶剂中，碳纳米管之间通过范德华力相互 吸引、缠绕，形成网络状结构。
本技术方案实施例中，所述的分离碳纳米管絮状结构的方法具体包括以 下步骤将上述含有碳纳米管絮状结构的溶剂倒入一放有滤纸的漏斗中；静 置干燥一段时间从而获得一分离的碳纳米管絮状结构，图9为该碳纳米管絮 状结构的照片。
本技术方案实施例中，所述的碳纳米管絮状结构的定型处理过程具体包 括以下步骤将上述碳纳米管絮状结构置于一容器中；将该碳纳米管絮状结 构按照预定形状摊开；施加一定压力于摊开的碳納米管絮状结构；以及，将 该碳纳米管絮状结构中残留的溶剂烘干或等溶剂自然挥发后获得一碳纳米 管絮化膜，图IO为该碳纳米管絮化膜的照片。
可以理解，本技术方案实施例可通过控制该碳纳米管絮状结构摊开的面 积来控制该碳纳米管絮化膜的厚度和面密度。碳纳米管絮状结构摊开的面积 越大，则该碳纳米管絮化膜的厚度和面密度就越小。本技术方案实施例中获得的碳纳米管絮化膜，该碳纳米管絮化膜的厚度为l微米-2毫米。
另外，上述分离与定型处理碳纳米管絮状结构的步骤也可直接通过抽滤 的方式实现，具体包括以下步骤提供一微孔滤膜及一抽气漏斗；将上述含 有碳纳米管絮状结构的溶剂经过该微孔滤膜倒入该抽气漏斗中；抽滤并干燥 后获得一碳纳米管絮化膜。该微孔滤膜为一表面光滑、孔径为0.22微米的滤 膜。由于抽滤方式本身将提供一较大的气压作用于该碳纳米管絮状结构，该 碳纳米管絮状结构经过抽滤会直接形成一均匀的碳纳米管絮化膜。且，由于 微孔滤膜表面光滑，该碳纳米管絮化膜容易剥离。
请参见图11,上述碳纳米管絮化膜中包括相互缠绕的碳纳米管，所述碳 纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，因此该碳纳米 管絮化膜具有很好的韧性。该碳纳米管絮化膜中，碳纳米管为各向同性，均 匀分布，无规则排列。
可以理解，该碳纳米管絮化膜的具有一定的厚度，且通过控制该碳纳米 管絮状结构摊开的面积以及压力大小可以控制其厚度。所以该碳纳米管絮化 膜可以直接作为一碳纳米管结构104使用。
步骤三，将该碳纳米管结构104设置于所述空心基底102的表面。 将上述碳纳米管结构104设置于所述空心基底102表面的方法为由于 碳纳米管结构104具有粘性，所以可以将一碳纳米管结构104直接粘附于所 述空心基底102内表面。或者，也可以通过粘结剂将一碳纳米管结构104固 定于所述反射层210表面。所述粘结剂为硅胶。
可以理解，所述^f友纳米管结构104的i殳置方式与该石友纳米管结构104的 具体结构有关。当碳纳米管结构104包括碳纳米管有序膜或包括碳纳米管碾 压膜，且碳纳米管碾压膜中碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列 时，需保证该碳纳米管结构104中的部分碳纳米管由空心基底202的一端向 另一端排列。当碳纳米管结构104包括絮化膜或包括碳纳米管碾压膜，且碳 纳米管碾压膜中碳纳米管各向同性时，所述碳纳米管结构104的设置方式不 限。当碳纳米管结构104包括碳纳米管长线时，可以将单个碳纳米管长线螺 旋铺设于空心基底102的内表面或将多个碳纳米管长线平行或交叉设置于空 心基底102的内表面。可以理解，当将多个碳纳米管长线平行设置于空心基 底102的表面时，碳纳米管长线需沿空心基底102的长度方向设置。本实施例中，优选地，碳纳米管结构104采用重叠且交叉设置的IOO层碳纳米管有 序膜，相邻两层碳纳米管有序膜之间交叉的角度为90度。该碳纳米管结构 104中碳纳米管有序膜的长度为5厘米，碳纳米管有序膜的宽度为3厘米， 碳纳米管有序膜的厚度为50微米。利用碳纳米管结构104本身的粘性，将 该碳纳米管结构104粘附于于所述空心基底102的表面。可以理解，碳纳米 管结构104可以设置于空心基底102的内表面或外表面，本实施例中，碳纳 米管结构104设置于空心基底102的内表面。
碳纳米管具有良好的导电性能以及热稳定性，作为 一理想的黑体结构， 且具有比较高的热辐射效率。所以该碳纳米管结构104可以作为空心热源 100的加热层。
步骤四，间隔形成两个电极，该两个电才及与该碳纳米管结构104形成电 连接，形成一空心热源100。
本实施例中，所述的两个电极分别为第一电极110和第二电极112。所 述的第一电极IIO和第二电极112的设置方式与碳纳米管结构104有关，需 保证,友纳米管结构104中的部分碳纳米管沿着第一电极110向第二电极112 的方向延伸。
所述第一电极IIO和第二电极112可以设置于空心基底102的两端，分 别与石友纳米管结构电连4妄。所述的第一电极110和第二电4及112也可以设置 在碳纳米管结构104的同一表面上或不同表面上。其中，第一电极110和第 二电极112之间相隔设置，以^f吏碳纳米管结构104应用于空心热源100时接 入一定的阻值避免短路现象产生。碳纳米管结构104本身有很好的粘附性与 导电性，故第一电极IIO和第二电极112可以与碳纳米管结构104之间形成 很好的电接触。
所述第一电极IIO和第二电极112为导电薄膜、金属片或者金属引线。 该导电薄膜的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO )、锑锡氧化物(ATO )、 导电银胶、导电聚合物等。该导电薄膜可以通过物理气相沉积法，化学气相 沉积法或其它方法形成于碳纳米管结构104表面。该金属片可以为铜片或铝 片等。该金属片或者金属引线可以通过导电粘结剂固定于碳纳米管结构104 表面。
所述第一电才及IIO和第二电才及112还可以为一金属性>暖纳米管层。该石友纳米管层设置于碳纳米管结构104的表面。该碳纳米管层可通过其自身的粘 性或导电粘结剂固定于碳纳米管结构104的表面。该碳纳米管层包括定向排 列且均匀分布的金属性碳纳米管。具体地，该碳纳米管层包括至少一有纳米 管序碳膜或至少一碳纳米管长线。
本实施例中，优选地，将两个碳纳米管有序膜分别设置于沿空心基底 102长度方向的两端作为第一电极110和第二电极112。该两个碳纳米管有 序膜环绕于碳纳米管结构104的外表面，并通过导电粘结剂与碳纳米管结构 104之间形成电接触。所述导电粘结剂优选为银胶。由于本实施例中的碳纳 米管结构104与电极均采用碳纳米管有序膜，可以降低碳纳米管结构104与 第一电极110和第二电才及112之间的欧姆接触电阻，从而提高空心热源100 对电能的利用率。
空心热源IOO的制备方法还可进一步包括一形成一反射层108于碳纳米 管结构104的外围的步骤。
于碳纳米管结构104的外围形成一反射层108可以通过涂覆或镀膜的方 法实现。所述反射层108用于反射碳纳米管结构104所发出的热量，使其有 效地对空心基底102内部空间加热，因此，反射层108位于石友纳米管结构104 外围。可以理解，当碳纳米管结构104位于空心基底102的内表面时，反射 层108设置于碳纳米管结构104与空心基底102之间或者设置于空心基底 102的内表面；当碳纳米管结构104位于空心基底102的外表面时，反射层 108设置于碳纳米管结构104的外表面。所述反射层108的材料为一白色绝 缘材料，如金属氧化物、金属盐或陶瓷等。本实施例中，反射层108材料 优选为三氧化二铝，其厚度为100微米 0.5毫米，其设置于空心基底102的 外表面。反射层108为一可选结构，所以本步骤为一可选步骤。
空心热源IOO的制备方法还可进一步包括一形成一绝缘保护层106于所 述碳纳米管结构104的表面的步骤。
所述绝缘保护层106用来防止该空心热源IOO在使用时与外界形成电接 触，同时还可以防止碳纳米管结构104吸附外界杂质，因此，绝缘保护层位 于碳纳米管结构104与外界接触的表面。可以理解，当碳纳米管结构104的 内表面可与外界接触时，绝缘保护层设置于碳纳米管结构104的内表面；当 碳纳米管结构104的外表面可与外界接触时，绝缘保护层设置于碳纳米管结构104的外表面。所述绝缘保护层106的材料为一绝缘材料，如橡胶、树 脂等。所述绝缘保护层106厚度不限，可以根据实际情况选择。本实施例中， 该绝缘保护层106的材料采用橡胶，其厚度为0.5~2毫米，其设置于碳纳米 管结构104的内表面。该绝缘保护层106可通过涂敷或包裹的方法形成于碳 纳米管结构104的表面。可以理解，空心热源100中绝缘保护层106为一可 选结构，所以该本步骤为一可选步骤。
与现有技术相比较，本技术方案实施例所提供的空心热源的制备方法工 艺简单，成本低廉，可以用于制备微型空心热源，且该方法制备的空心热源 具有以下优点第一，碳纳米管的直径较小，使得碳纳米管结构具有较小的 厚度，可以制备微型空心热源，应用于微型器件的加热。第二，碳纳米管比 碳纤维具有更小的密度，所以，采用碳纳米管结构的空心热源具有更轻的重 量，使用方便。第三，所述的碳纳米管结构具有较低的电阻，且碳纳米管的 电热转换效率高，热阻率低，所以该空心热源具有升温迅速、热滞后小、热 交换速度快的特点。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种空心热源的制备方法，其具体包括以下步骤提供一空心基底；制备一碳纳米管结构；将该碳纳米管结构设置于所述空心基底的表面；以及间隔形成两个电极，该两个电极与该碳纳米管结构形成电连接，形成一空心热源。
2. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管结 构设置于所述空心基底表面的方法为将碳纳米管结构粘附于所述空心基底 表面。
3. 如权利要求2所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管结 构粘附于所述空心基底表面的方法为通过碳纳米管结构自身的粘性或粘结 剂将该碳纳米管结构粘附于所述空心基底表面。
4. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的电极设置在 碳纳米管结构的同一表面或不同表面。
5. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述电极为导电膜， 该导电膜通过物理气相沉积法或化学气相沉积法形成于该碳纳米管结构表 面。
6. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述电极为金属片 或金属引线，并通过导电粘结剂将该电极固定于碳纳米管结构表面。
7. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，进一步包括形成一 反射层于碳纳米管结构的外围的步骤，该反射层的材料为金属氧化物、金属 盐或陶资。
8. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，进一步包括一形成 一绝缘保护层于所述碳纳米管结构的表面的步骤，所述绝缘保护层材料为橡 胶或树脂。
9. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结 构包括至少一个碳纳米管有序膜，所述碳纳米管有序膜的制备方法具体包括以下步骤提供一碳纳米管阵列形成于一基底；从上述碳纳米管阵列中选定 多个碳纳米管；以及以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸该 多个碳纳米管，形成至少一碳纳米管有序膜。
10. 如权利要求11所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述制备一碳纳 米管结构的方法进一步包括一将至少两个碳纳米管有序膜平行无间隙或/和 重叠铺设得到 一碳纳米管结构的步骤。
11. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结 构包括至少 一个碳纳米管长线，且碳纳米管长线包括多个碳纳米管沿碳纳米 管长线的轴向/长度方向择优取向排列。
12. 如权利要求11所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管长 线的制备方法包括以下步骤提供一碳纳米管阵列形成于一基底；从上述碳 纳米管阵列中选取一定宽度的多个碳纳米管，以及采用一拉伸工具从碳纳米 管阵列中直接拉取该多个碳纳米管，以形成至少一碳纳米管有序膜；经过有 机溶剂处理后获得碳纳米管长线。
13. 如权利要求11所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管长 线的制备方法包括以下步骤提供一碳纳米管阵列形成于一基底；从上述碳 纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管；以一定速度沿基本垂直于碳纳 米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管，以形成至少一碳纳米管有序膜；以 及采用 一机 械外力将该石友纳米管有序膜扭转形成碳纳米管长线。
14. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结 构包括碳纳米管碾压膜，所述的碳纳米管碾压膜的制备方法包括以下步骤 提供一碳纳米管阵列形成于一基底；以及采用一施压装置，挤压上述碳纳米 管阵列获得一碳纳米管碾压膜。
15. 如权利要求1所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管结 构包括碳纳米管絮化膜，所述碳纳米管絮化膜的制备方法包括以下步骤提 供一碳纳米管原料；将上述碳纳米管原料添加到一溶剂中并进行絮化处理获 得一碳纳米管絮状结构；以及将上述碳纳米管絮状结构从溶剂中分离，并对 该碳纳米管絮状结构定型处理以获得一碳纳米管薄膜。
16. 如权利要求15所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管絮状结构的定型处理过程具体包括以下步骤将该石友纳米管絮状结构按照预 定形状摊开；施加一定压力于摊开的碳纳米管絮状结构；以及，将该碳纳米 管絮状结构中残留的溶剂烘干或等溶剂自然挥发后获得一碳纳米管絮化膜。
17.如权利要求15所述的空心热源的制备方法，其特征在于，所述分离与定型 处理碳纳米管絮状结构的步骤也可直接通过抽滤的方式实现，具体包括以下 步骤提供一微孔滤膜及一抽气漏斗；将上述含有碳纳米管絮状结构的溶剂 经过该微孔滤膜倒入该抽气漏斗中；抽滤并干燥后获得一碳纳米管絮化膜。
全文摘要
一种空心热源的制备方法，其具体包括以下步骤提供一空心基底；制备一碳纳米管结构；将该碳纳米管结构设置于所述空心基底的表面；间隔形成两个电极，该两个电极与该碳纳米管结构形成电连接，形成一空心热源。
文档编号H05B3/40GK101636009SQ20081014252
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者辰 冯, 锴 刘, 刘长洪, 姜开利, 鼎 王, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司