专利名称：面热源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面热源，尤其涉及一种基于碳纳米管的面热源。
背景技术：
热源在人们的生产、生活、科研中起着重要的作用。面热源是热源的一 种，其特点为面热源具有一平面结构，将待加热物体置于该平面结构的上方 对物体进行加热，因此，面热源可对待加热物体的各个部位同时加热，加热 面广、加热均匀且效率较高。面热源已成功用于工业领域、科研领域或生活 领域等，如电加热器、红外治疗仪、电暖器等。
现有面热源一般包括一加热层和至少两个电极，该至少两个电极设置于 该加热层的表面，并与该加热层的表面电连接。当连接加热层上的电极通入 低电压电流时，热量立刻从加热层释放出来。现有的面热源的电极通常采用
一金属片、金属丝、金属膜、铟锡氧化物(ITO)层、锑锡氧化物(ATO) 层、导电银胶层或导电聚合物层等。然而，采用金属片、金属丝、金属膜、 铟锡氧化物(ITO)层、锑锡氧化物(ATO)层、导电银胶层或导电聚合物 层作为面热源的电极具有以下缺点第一，该电极的电阻率较大，所以对电 能的损耗也较大。第二，该电极的柔韧性和机械强度差，长期折叠容易断裂， 使用寿命短，不易应用于柔性面热源。第三，该电极的密度较大，重量大， 使用不便。
有鉴于此，确有必要提供一种面热源，且该面热源的电极电阻率较小， 柔韧性和机械强度高，长期折叠不易断裂，且密度小，重量轻。
发明内容
一种面热源，包括一加热层；以及，至少两个电极，该至少两个电极间 隔设置，且分别与加热层电连接；其中，所述的至少两个电极中，至少一个 电极包括一碳纳米管结构。
与现有技术相比较，所述的面热源具有以下优点其一，碳纳米管具有极好的导电性，所以该电极的电阻小，有利于降低功耗，提高发热效率。其 二，碳纳米管的优异的力学特性使得碳纳米管结构具有很好的柔韧性和机械 强度，故，采用碳纳米管结构作电极，可以相应的提高面热源，尤其是柔性
面热源的耐用性，所以该面热源使用寿命长；其三，碳纳米管密度小，所以 该面热源重量轻，使用方便。
图1是本技术方案实施例的面热源的结构示意图。 图2是图1沿II-II线的剖面示意图。
图3为本技术方案实施例的碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。
图4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5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。
具体实施例方式
以下将结合附图及具体实施例详细说明本技术方案所提供的面热源。
请参阅图1及图2，本技术方案实施例提供一种面热源10,该面热源 10包括一基底18、 一反射层17、 一加热层16、 一第一电极12、 一第二电极 14和一绝缘保护层15。所述反射层17设置于基底18的表面。所述加热层 16设置于所述反射层17的表面。所述第一电极12和第二电极14间隔设置 于所述加热层16的表面，并与该加热层16电4妄触，用于4吏所述加热层16 中流过电流。所述绝缘保护层15设置于所述加热层16的表面，并将所述第 一电极12和第二电极14覆盖，用于避免所述加热层16吸附外界杂质。
所述基底18形状不限，其具有一表面用于支撑加热层16或者反射层 17。优选地，所述基底18为一板状基底，其材料可为硬性材料，如陶资、 玻璃、树脂、石英等，亦可以选择柔性材料，如塑料或柔性纤维等。当为 柔性材料时，该面热源10在使用时可根据需要弯折成任意形状。其中，基 底18的大小不限，可依据实际需要进行改变。本实施例优选的基底18为一 陶瓷基板。另外，当加热层16具有一定的自支撑性及稳定性时，所述面热 源10中的基底18为一可选择的结构。
所述反射层17的设置用来反射加热层16所发的热量，从而控制加热的方向，用于单面加热，并进一步提高加热的效率。所述反射层17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 17为三氧化二铝层，其厚度为100微米 0.5毫米。该反射层17可通过溅射 或其他方法形成于该基底18表面。可以理解，所述反射层17也可设置在基 底18远离加热层16的表面，即所述基底18设置于所述加热层16和所述反 射层17之间，进一步加强反射层17反射热量的作用。当面热源IO不包括 基底18时，所述加热层16可直接设置于所述反射层17的表面。所述反射 层17为一可选择的结构。所述加热层16可直接设置在基底18的表面，此 时面热源10的力口热方向不限，可用于^又面力口热。
所述加热层16的材料不限，其可以为金属丝层、电热膜、碳纤维层或 碳纳米管层。当采用碳纳米管层作为加热层16时，该碳纳米管层包括多个 均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管层中的碳纳米管有序排列或无序排列。该 碳纳米管层的厚度为0.01孩i米 2毫米。该碳纳米管层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。所述单壁碳纳 米管的直径为0.5纳米~10纳米，双壁^灰纳米管的直径为1.0纳米~15纳米， 多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。该碳纳米管的长度为大于50微米， 优选为200-900樣史米。当面热源10包括基底18时，该碳纳米管层可以通过 粘结剂或分子间力固定于所述基底18的表面。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。
所述第一电才及12和第二电极14分别与加热层16电连接，可i殳置在加 热层16的同一表面上也可以设置在加热层16的不同表面上，且与加热层16 电连接。所述第一电极12和第二电极14可通过碳纳米管层的粘性或导电粘 结剂(图未示)设置于该加热层16的表面上。导电粘结剂在实现第一电极12 和第二电极14与碳纳米管层电接触的同时，还可将第一电极12和第二电极 14更好地固定于石友纳米管层的表面上。通过该第一电极12和第二电才及14 可以对加热层16进行施加电压。其中，第一电极12和第二电极14之间相 隔设置，以使采用碳纳米管层的加热层16通电发热时接入一定的阻值避免 短路现象产生。优选地，将第一电极12和第二电极14设置于加热层16的 表面，位于加热层16的两端。
所述的第一电极12和第二电极14中至少一个电极包括一碳纳米管结构。该碳纳米管结构通过导电粘结剂或分子间力固定于所述加热层16的表面，且与加热层16电连接。该碳纳米管结构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。本实施例优选金属性碳纳米管。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米 10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米 15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米 50纳米。该碳纳米管的长度为大于50微米。
具体地，该碳纳米管结构包括一有序碳纳米管薄膜或至少两层重叠且交叉设置的有序碳纳米管薄膜，或至少一碳纳米管长线。
当所述碳纳米管结构包括至少一有序碳纳米管薄膜时。请参阅图3，该有序碳纳米管薄膜可通过直接拉伸一碳纳米管阵列获得。该有序碳纳米管薄膜包括多个沿拉伸方向定向排列的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管薄膜表面。具体地，所述有序碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且沿同一方向择优取向排列的多个碳纳米管163。该多个碳纳米管163之间通过范德华力连接， 一方面，首尾相连的碳纳米管163之间通过范德华力连接，另一方面，择优取向的碳纳米管163之间通过范德华力连接，故，该有序碳纳米管薄膜具有很好地柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且采用该有序碳纳米管薄膜的电极具有较长的使用寿命。
所述有序碳纳米管薄膜是由碳纳米管阵列经进一步处理得到的，故其长度不限，宽度和碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，可根据实际需求制得。本实施例中，采用气相沉积法在4英寸的基底生长超顺排碳纳米管阵列。所述有序碳纳米管薄膜的宽度可为0.01厘米 10厘米，厚度为0.01微米~100微米。有序碳纳米管薄膜的厚度优选为0.1微米 10微米。
另外，所述有序碳纳米管薄膜还可以包括多个平行排列的长碳纳米管。该长^f友纳米管的长度为1厘米 5厘米，直径为0.5纳米 50纳米。由于该长碳纳米管为单根碳纳米管，所以其电阻更小。所以采用该有序碳纳米管薄膜做电极，可以更有效的传导电流，减少电能的损耗。
当所述碳纳米管结构包括至少两层重叠设置的有序碳纳米管薄膜时，相邻的有序碳纳米管薄膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，该碳纳米管结构中的有序碳纳米管薄膜的层数不限，且相邻两层有序碳纳米管薄膜之间碳纳米管的排列方向形成一夹角a， OSo^90度，具体可依据实际需求制备。由于该有序碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿同一方向定向排列，所以在碳纳米管排列方向具有优异的导电性。本实施例通过改变相邻两层有序碳纳米管薄膜
之间的交叉角度a，可以使得该碳纳米管结构在各个方向都具有优异的导电
性。本实施例中，优选交叉角度01=卯度。
当所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管长线时，该碳纳米管长线铺设于加热层16的表面。所述碳纳米管长线可通过直接拉伸一碳纳米管阵列获得或拉伸一碳纳米管阵列后经过扭转纺纱获得。所述碳纳米管长线的直径为1纳米 100微米，其长度不限，可根据实际需求制得。请参见图4及图5，所述碳纳米管长线包括多个首尾相连的碳纳米管沿碳纳米管长线的轴向方向择优取向排列。具体地，该碳纳米管长线中的碳纳米管沿碳纳米管长线的轴向方向平行排列或沿碳纳米管长线的轴向方向螺旋排列。该碳纳米管长线中的碳纳米管之间通过范德华力紧密结合，所以碳纳米管长线具有一定的柔韧性。该碳纳米管的长度为200 90(M效米。
所述碳纳米管结构还可以包括多个碳纳米管长线，且多个碳纳米管长线交叉且重叠设置于加热层16的表面。该碳纳米管结构的长度、宽度以及厚度不限，可以根据实际需要制备。由于碳纳米管长线具有一定的柔韧性，所以该碳纳米管结构可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。
由于该碳纳米管长线中的碳纳米管沿着碳纳米管长线的长度方向排列，所以该碳纳米管长线沿着长度方向具有较小的电阻。所以将该碳纳米管长线缠绕于加热层16的表面做电极，可以有效的传导电流，节约电能。
当只有一个电极包括一碳纳米管结构时，另 一电极采用金属片金属丝、金属膜或导电胶层等。本实施例优选地，第一电极12和第二电极14都采用碳纳米管结构制作，且该碳纳米管结构包括重叠且交叉设置的50层有序碳纳米管薄膜，相邻两层有序碳纳米管薄膜之间交叉的角度为90度。该碳纳米管结构中有序碳纳米管薄膜的长度为1厘米，宽度为1厘米，厚度为30微米。本实施例将两个上述碳纳米管结构分别间隔包裹于加热层16的表面。由于碳纳米管结构良好的导电性，使得碳纳米管结构与加热层16之间形成良好的电连接。
本实施例中，优选地，加热层16采用^ 友纳米管层。第一电极12和第二电极14都采用采用重叠且交叉设置的IO层有序 纳米管薄膜，相邻两层有序碳纳米管薄膜之间交叉的角度为90度。该结构可以减小加热层16与电极之间的欧姆接触电阻，提高对电能的利用率。
本技术方案实施例的面热源IO在使用时，可先将面热源IO的第一电极12和第二电极14连接导线后接入电源。在接入电源后热源10中的碳纳米管层即可辐射出一定波长范围的电》兹波。所述面热源IO可以与待加热物体的表面直接接触或与待加热物体相隔一定的距离设置。
所述的面热源具有以下优点其一，^碳纳米管具有极好的导电性，所以该电极的电阻小，有利于降低功耗，提高发热效率。其二，碳纳米管的优异的力学特性使得碳纳米管结构具有很好的柔韧性和机械强度，故，采用碳纳米管结构作电极，可以相应的提高面热源，尤其是柔性面热源的耐用性，所以该面热源使用寿命长；其三，碳纳米管密度小，所以该面热源重量轻，使用方便。
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
1.一种面热源，其包括一加热层；以及至少两电极，该至少两个电极间隔设置且分别与该加热层电接触；其特征在于，所述至少两个电极中至少一个电极包括一碳纳米管结构。
2. 如权利要求l所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一有 序碳纳米管薄膜，且该有序碳纳米管薄膜包括多个碳纳米管沿同一方向排 列。
3. 如权利要求2所述的面热源，其特征在于，所述的有序碳纳米管薄膜的厚度 为0.01微米 100微米。
4. 如权利要求2所述的面热源，其特征在于，所述有序碳纳米管薄膜包括多个 首尾相连且沿同 一方向择优取向排列的碳纳米管。
5. 如权利要求2所述的面热源，其特征在于，所述的碳纳米管之间通过范德华 力连接。
6. 如权利要求2所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少两个 重叠设置的有序碳纳米管薄膜，且相邻两个有序碳纳米管薄膜之间通过范德 华力紧密连接。
7. 如权利要求6所述的面热源，其特征在于，所述的碳纳米管结构中相邻的有 序碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角a, 0^0^90度。
8. 如权利要求1所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳 纳米管长线。
9. 如权利要求8所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管长线的直径为1纳 米 100微米。
10. 如权利要求8所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管长线包括多个首尾 相连且沿碳纳米管长线的轴向方向择优取向排列的碳纳米管。
11. 如权利要求10所述的面热源，其特征在于，所述碳纳米管之间通过范德华 力结合。
12. 如权利要求1所述的面热源，其特征在于，所述面热源进一步包括一板状基底，所述碳纳米管结构设置在该板状基底表面。
13. 如权利要求12所述的面热源，其特征在于，所述基底的材料为柔性材料或 硬性材料，且所述柔性材料为塑料或柔性纤维，所述硬性材料为陶f:、玻璃、 树脂或石英。
14. 如权利要求1所述的面热源，其特征在于，所述面热源进一步包括一反射层， 该反射层设置于加热层表面，所述反射层的材料为金属氧化物、金属盐或陶 瓷，厚度为100微米 0.5毫米。
15. 如权利要求14所述的面热源，其特征在于，所述反射层设置在所述加热层 与基底之间或者设置在所述基底远离加热层的表面。
16. 如权利要求1所述的面热源，其特征在于，所述面热源进一步包括一绝缘保 护层设置于所述加热层表面，所述绝缘保护层的材料包括橡胶或树脂。
全文摘要
一种面热源，包括一加热层；以及，至少两个电极，该至少两个电极间隔设置，且分别与加热层电连接；其中，所述的至少两个电极中，至少一个电极包括一碳纳米管结构。
文档编号H05B3/20GK101636006SQ200810142529
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, 姜开利, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司