一种红外涂层及用于加热气溶胶形成基质的红外加热器的制作方法

本发明属于加热不燃烧烟草制品，更具体地，涉及一种红外涂层及用于加热气溶胶形成基质的红外加热器。

背景技术：

1、在加热不燃烧卷烟(hnb)技术中，发烟材料主要通过三种传热方式，即热传导、热对流以及热辐射，被加热升温。由于发烟体(主要指烟丝)空隙大，密度低，因此热导率很低(～0.05w/(mk)))，仅通过热传导难以实现对发烟体快速均匀加热而升温。在实际加热过程中，烟气的对流以及热辐射等对加热也有很大贡献。目前，很多hnb技术都采用红外辐射加热技术来实现对发烟材料的快速加热，即通过发烟材料对红外辐射的吸收来实现快速升温。根据热辐射基本原理，材料单位面积的发射红外辐射的功率取决于温度和材料的辐射率。因此，需要优选高辐射率的材料才能实现快速的红外加热。目前，hnb采用的红外加热技术主要依靠高辐射率的陶瓷、石墨等来实现红外加热，例如，在专利cn202010499974.4中，采用涂覆有电热膜的绝缘体管来实现红外加热，其红外辐射的功率受管材料的限制，并且电热膜在通电产生焦耳热的同时要辐射红外光，而目前大多数电热膜材料辐射率不高，因此，难以实现高效的辐射红外加热。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对以上不足，提供一种红外涂层及用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，该红外涂层具有高辐射率，通过涂覆于电加热管中用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，可以对发烟体材料实现高效的红外辐射加热，且不和水汽以及发烟体材料的挥发物反应，具有较高的热稳定性和化学稳定性。

2、为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供一种红外涂层，所述红外涂层为氧化物等离激元红外涂层，由纳米氧化物等离激元材料制成。

4、进一步的，所述纳米氧化物等离激元材料为p-型或n-型掺杂的金属氧化物微纳粉体，其中金属氧化物包括但不限于金属铟、镓、锡、锌、镉、钛、钼的氧化物，其中掺杂元素包括除惰性气体元素和放射性元素外的所有金属和非金属元素。

5、优选的，所述纳米氧化物等离激元材料可以为氧化铟锡(ito，in2o3：sn)、掺铝的氧化锌(azo，zno：al)、掺氟的氧化锡(fto，sno2：f)或掺锑的氧化锡(ato，sno2：sb)。

6、进一步的，所述纳米氧化物等离激元材料的中自由载流子浓度为5×1017-1023cm-3，掺杂金属阳离子或阴离子的原子百分比浓度为0.05-50％，等离子体频率的范围在近/中红外波段，即ωp～0.05ev–1ev。

7、进一步的，所述纳米氧化物等离激元材料的微纳粉体的尺寸小于光的波长，优选颗粒尺寸为5～10000nm。

8、本发明所述红外涂层的制备基于浸渍-干燥工艺，具体可以通过如下步骤所示方法制备：

9、步骤1、将耐高温型粘结剂与纳米氧化物等离激元材料粉末充分混合，制备成有相当流动性的前驱体溶液。其中有机粘结剂可以为pi溶液，导热硅脂、以及硅氧烷中的一种或几种的混合物；无机粘结剂可为硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶、磷酸二氢铝中的一种或多种混合物，优选为专利zl200510120587.0所述的无机粘结剂配方体系。

10、步骤2、将加热管体浸渍于前躯体溶液中，时间为0.1-2分钟，取出后在40-80℃下干燥0.1-2小时，然后重复上述步骤1-10次，直到获得所需厚度的红外涂层。

11、一种用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，所述红外加热器为电加热管，所述电加热管包括加热管体和包覆于加热管体外表面的电加热层，以及涂覆于加热管体内壁的如上所述的氧化物等离激元红外涂层。

12、进一步的，所述氧化物等离激元红外涂层是将纳米氧化物等离激元材料与粘结剂配置成悬浮液后，喷涂于电加热管的内壁，所述氧化物等离激元红外涂层中纳米氧化物等离激元材料的体积分数为25-99.9％。

13、优选的，所述电加热管内壁的氧化物等离激元红外涂层的厚度范围为1～300μm。

14、进一步的，所述电加热管的管体为金属或非金属材料制成，材质包括但不限于：不锈钢、铝、铝合金、铁、铜或石英等常见材料。

15、进一步的，所述电加热管的电加热方式为焦耳加热，所述电加热层为焦耳加热元件。

16、进一步的，所述焦耳加热元件为电热膜或嵌入绝缘树脂的电阻丝网。优选的组合为：金属材质的加热管体外包裹嵌入耐高温树脂的电阻丝网，绝缘体加热管体外表面涂覆电热膜。

17、本发明所述红外涂层的辐射率在0.90～0.99之间，该红外涂层位于加热管体内壁，可以有效的将焦耳热转化为2.5～25μm的红外辐射，用于快速加热发烟体材料生产气溶胶。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、本发明所述红外涂层具有较高的红外辐射率(最大可接近理想黑体，即辐射率为1)，并具有较高的热稳定性和化学稳定性；

20、本发明所述红外涂层可以通过选择光学性质匹配的氧化物等离激元微纳粉体，来匹配红外发烟体材料的红外吸收光谱，从而实现高效的加热；

21、本发明所述用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，通过在电加热管中涂覆上述红外涂层，对发烟体材料实现高效的红外辐射加热，且不和水汽以及发烟体材料的挥发物反应，在350℃能保持长期稳定，不会从基体(电加热管内壁)表面脱落；

22、本发明所述用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，将红外辐射与焦耳加热两部分分开，一方面可简化制造工艺，节约成本，另一方面也为整个加热器具的优化设计提供方便。

技术特征：

1.一种红外涂层，其特征在于，所述红外涂层为氧化物等离激元红外涂层，由纳米氧化物等离激元材料制成。

2.根据权利要求1所述的红外涂层，其特征在于，所述纳米氧化物等离激元材料为p-型或n-型掺杂的金属氧化物微纳粉体，其中金属氧化物包括但不限于金属铟、镓、锡、锌、镉、钛、钼的氧化物，其中掺杂元素包括除惰性气体元素和放射性元素外的所有金属和非金属元素。

3.根据权利要求2所述的红外涂层，其特征在于，所述纳米氧化物等离激元材料包括但不限于氧化铟锡、掺铝的氧化锌、掺氟的氧化锡或掺锑的氧化锡。

4.根据权利要求1所述的红外涂层，其特征在于，所述纳米氧化物等离激元材料的中自由载流子浓度为5×1017-1023cm-3，掺杂金属阳离子或阴离子的原子百分比浓度为0.05-50％，等离子体频率的范围在近/中红外波段。

5.根据权利要求1所述的红外涂层，其特征在于，所述纳米氧化物等离激元材料的微纳粉体的尺寸小于光的波长，优选颗粒尺寸为5～10000nm。

6.一种用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，其特征在于，所述红外加热器为电加热管，所述电加热管包括加热管体和包覆于加热管体外表面的电加热层，以及涂覆于加热管体内壁的权利要求1-5中任意一项所述的氧化物等离激元红外涂层。

7.根据权利要求6所述的用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，其特征在于，所述氧化物等离激元红外涂层是将纳米氧化物等离激元材料与粘结剂配置成悬浮液后，喷涂于加热管体内壁，所述氧化物等离激元红外涂层中纳米氧化物等离激元材料的体积分数为25-99.9％。

8.根据权利要求6所述的用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，其特征在于，所述加热管体为金属或非金属材料制成，材质包括但不限于：不锈钢、铝、铝合金、铁、铜或石英。

9.根据权利要求6所述的用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，其特征在于，所述电加热层为焦耳加热元件。

10.根据权利要求9所述的用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，其特征在于，所述焦耳加热元件为电热膜或嵌入绝缘树脂的电阻丝网。

技术总结
本发明公开了一种红外涂层及用于加热气溶胶形成基质的红外加热器，所述红外涂层为氧化物等离激元红外涂层，由纳米氧化物等离激元材料制成；所述红外加热器为电加热管，所述电加热管包括加热管体和包覆于加热管体外表面的电加热层，以及涂覆于加热管体内壁的所述的氧化物等离激元红外涂层。本发明所述红外涂层具有较高的红外辐射率，可以对发烟体材料实现高效的红外辐射加热，并且具有较高的热稳定性和化学稳定性，不和水汽以及发烟体材料的挥发物反应，在350℃能保持长期稳定，不会从基体(加热管体内壁)表面脱落。

技术研发人员：徐建,周国俊,储国海,肖卫强,蒋健,夏倩,汪华文,胡安福
受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12