專利名稱：線熱源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線熱源，尤其涉及一種基于碳納米管的線熱源。
背景技術(shù)：
熱源在人們的生產(chǎn)、生活、科研中起著重要的作用。線熱源是常用的熱 源之一，被廣泛應(yīng)用于電加熱器、紅外治療儀、電暖器等領(lǐng)域。
請(qǐng)參見圖l,現(xiàn)有技術(shù)提供一種線熱源IO，其包括一中空?qǐng)A柱狀支架102; 一加熱元件104設(shè)置于該支架102表面， 一絕緣保護(hù)層106設(shè)置于該加熱元件 104表面；兩個(gè)電4及110分別設(shè)置于支架102兩端，且與加熱元件104電連4妾； 兩個(gè)夾緊件108分別將兩個(gè)電極110與加熱元件104卡固在支架102兩端。其中， 加熱元件104通常采用一碳纖維紙通過纏繞或包裹的方式形成。當(dāng)通過兩個(gè)電 極110對(duì)該線熱源10施加一電壓時(shí)，所述加熱元件104產(chǎn)生焦耳熱，并向周圍 進(jìn)行熱輻射。所述碳纖維紙包括紙基材和雜亂分布于該紙基材中的瀝青基碳 纖維。其中，紙基材包括纖維素纖維和樹脂等的混合物，瀝青基碳纖維的直 徑為3 6毫米，長(zhǎng)度為5 20微米。
然而，采用碳纖維紙作為加熱元件具有以下缺點(diǎn)第一，碳纖維紙厚度 較大， 一般為幾十微米，使線熱源不易做成微型結(jié)構(gòu)，無法應(yīng)用于微型器件 的加熱。第二，由于該碳纖維紙中包含了紙基材，所以該碳纖維紙的密度較 大，重量大，使得采用該碳纖維紙的線熱源使用不便。第三，由于該碳纖維 紙中的瀝青基碳纖維雜亂分布，所以該碳纖維紙的強(qiáng)度較小，柔性較差，容 易破裂，限制了其應(yīng)有范圍。第四，碳纖維紙的電熱轉(zhuǎn)換效率較低，不利于 節(jié)能環(huán)保。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種線熱源，該線熱源重量較小，強(qiáng)度大，可 以做成微型結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于微型器件的加熱，且電熱轉(zhuǎn)換效率較高，利于節(jié)能 環(huán)保。一種線熱源包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)， 一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表
面，以及兩個(gè)電極間隔i殳置，并分別與該加熱元件電連"l妻，其中，所述的加 熱元件包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述的線熱源具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，碳納米管可以 方{更地制成任意尺寸的碳納米管結(jié)構(gòu)，既可以應(yīng)用于宏^見領(lǐng)域也可以應(yīng)用于 微觀領(lǐng)域。第二，碳納米管比碳纖維具有更小的密度，所以，采用碳納米管 結(jié)構(gòu)的線熱源具有更輕的重量，使用方便。第三，碳納米管結(jié)構(gòu)的電熱轉(zhuǎn)換 效率高，熱阻率低，所以該線熱源具有升溫迅速、熱滯后小、熱交換速度快 的特點(diǎn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的線熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的線熱源沿線in-m的剖面示意圖。
圖4為圖3的線熱源沿線IV-IV的剖面示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。
圖6為圖5中的碳納米管拉膜中的碳納米管片段的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中的碳納米管碾壓膜中的碳納米管沿同一
方向擇優(yōu)取向排列的掃描電鏡照片。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中碳納米管碾壓膜中的碳納米管沿不同方
向擇優(yōu)取向排列的掃描電鏡照片。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中的碳納米管絮化膜的掃描電鏡照片。 圖10為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。
圖11為本發(fā)明實(shí)施例的線熱源中的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明提供的線熱源。
請(qǐng)參閱圖2至圖4,本發(fā)明實(shí)施例提供一種線熱源20,該線熱源20包 括一線狀支撐結(jié)構(gòu)202; —反射層210設(shè)置于該線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面；一加熱元件204設(shè)置于所述反射層210表面；兩個(gè)電極206間隔設(shè)置，且與 該加熱元件204電連接；以及一絕緣保護(hù)層208 i殳置于該加熱元件204的表 面。所述線熱源20的長(zhǎng)度與直徑不限，優(yōu)選地，所述線熱源20的直徑為0.1 孩i米 1.5厘米。本實(shí)施例的線熱源20的直徑為1.1毫米~1.1厘米。
所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202用于支撐加熱元件204,其材料可為硬性材料或 柔性材料。所述硬性材料包括陶瓷、玻璃、樹脂以及石英等中的一種或多種。 所述柔性材料包括塑料、樹脂以及柔性纖維等中的一種或多種。所述線狀支 撐結(jié)構(gòu)202可采用柔性材料，此時(shí)，所述線熱源20在使用時(shí)根據(jù)需要彎折 成任意形狀。所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的長(zhǎng)度、直徑以及形狀不限，可依據(jù)實(shí) 際需要進(jìn)行選擇。本實(shí)施例的線狀支撐結(jié)構(gòu)202為一陶瓷桿，其直徑為l毫 米~1厘米。
所述反射層210的材料為一白色絕緣材料，如金屬氧化物、金屬鹽及 陶瓷等中的一種或多種。本實(shí)施例中，所述反射層210.的材料優(yōu)選為三氧化 二鋁，其厚度為100《效米~0.5毫米。該反射層210可以通過物理氣相沉積法 或化學(xué)氣相沉積法等方法制備。所述物理氣相沉積法包括濺射或蒸鍍等。本 實(shí)施例中，通過濺射的方法沉積三氧化二鋁于該線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面。所 述反射層210用來反射所述加熱元件204所發(fā)的熱量，使其有效的散發(fā)到外 界空間去?？梢岳斫?，該反射層210為一可選擇結(jié)構(gòu)。
所述加熱元件204包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管結(jié)構(gòu)可以包裹或纏 繞于所述反射層210的表面。該碳納米管結(jié)構(gòu)可以利用本身的粘性與該反射 ,層210連接，也可通過粘結(jié)劑與反射層210連接。本實(shí)施例中，所述的粘結(jié) 劑為硅膠。可以理解，當(dāng)該線熱源20不包括反射層210時(shí)，加熱元件204 可以直接包裹或纏繞于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)。所謂"自支撐結(jié)構(gòu)"即該碳納米管 結(jié)構(gòu)無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結(jié)構(gòu)的碳 納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管通過范德華力相互吸引，從 而使碳納米管結(jié)構(gòu)具有特定的形狀。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管包括單 壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納 米管的直徑為0.5納米 50納米，所述雙壁碳納米管的直徑為1.0納米 50納 米，所述多壁碳納米管的直徑為1.5納米 50納米。所述碳納米管的長(zhǎng)度不限，優(yōu)選地，碳納米管的長(zhǎng)度大于IOO微米。該碳納米管結(jié)構(gòu)可以為面狀或
線狀結(jié)構(gòu)。由于該碳納米管結(jié)構(gòu)具有自支撐性，故該碳納米管結(jié)構(gòu)在不通過 支撐體支撐時(shí)仍可保持面狀或線狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)的單位面積熱容
小于2x 10—4焦耳每平方厘米開爾文。優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的單位面 積熱容小于等于1.7xl(^焦耳每平方厘米開爾文。由于該碳納米管結(jié)構(gòu)中的 碳納米管具有很好的柔韌性，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性，可以 彎曲折疊成任意形狀而不破裂。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或 其組合。具體地，所述碳納米管膜可以為碳納米管拉膜、碳納米管絮化膜或 碳納米管碾壓膜。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)碳納米管線、多 個(gè)碳納米管線平行排列組成的束狀結(jié)構(gòu)或多個(gè)碳納米管線相互扭轉(zhuǎn)組成的 絞線結(jié)構(gòu)。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括碳納米管膜時(shí)，所述碳納米管膜包裹或纏繞 于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)僅包括一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu) 時(shí)，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)纏繞于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面。當(dāng)碳納米管結(jié) 構(gòu)包括多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以相互平行設(shè) 置，交叉設(shè)置或編織設(shè)置形成一層狀結(jié)構(gòu)，然后包裹于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202 表面。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)同時(shí)包括碳納米管膜和碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，所述碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)可設(shè)置于至少一碳納米管膜的至少一表面。
所述碳納米管膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管之間通過范德華力 緊密結(jié)合。該碳納米管膜中的碳納米管為無序或有序排列。這里的無序指碳 納米管的排列無規(guī)則，這里的有序指至少多數(shù)碳納米管的排列方向具有一定 規(guī)律。具體地，當(dāng)碳納米管膜包括無序排列的碳納米管時(shí)，碳納米管相互纏 繞或者各向同性排列；當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括有序排列的碳納米管時(shí)，碳納米 管沿一個(gè)方向或者多個(gè)方向擇優(yōu)取向排列。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，寬度以及厚度不限，可以根據(jù)實(shí)際需要制備。 本發(fā)明提供的碳納米管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為1 10厘米，寬度為l-10厘米，厚度為 0.5納米 2毫米。優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)重疊設(shè)置的碳納米管 膜，且該碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度優(yōu)選為0.01微米 1毫米?？梢岳斫猓技{米 管結(jié)構(gòu)的熱響應(yīng)速度與其厚度有關(guān)。在相同面積的情況下，碳納米管結(jié)構(gòu)的 厚度越大，熱響應(yīng)速度越慢；反之，碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度越小，熱響應(yīng)速度越快。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度為1微米~1毫米，碳納米管結(jié)構(gòu)在小于1
秒的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到最高溫度。所以，該線熱源20可適用于對(duì)物體快速 加熱。本實(shí)施例中，所述加熱元件204采用厚度為IO(M敖米的碳納米管結(jié)構(gòu)。 該碳納米管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為5厘米，碳納米管結(jié)構(gòu)的寬度為3厘米。利用碳納 米管結(jié)構(gòu)本身的粘性，將該碳納米管結(jié)構(gòu)包裹于所述反射層210的表面。
所述碳納米管拉膜為從碳納米管陣列中直接拉取獲得的一種具有自支撐 性的碳納米管膜。每一碳納米管拉膜包括多個(gè)沿同一方向擇優(yōu)取向且平行于 碳納米管拉膜表面排列的碳納米管。所述碳納米管通過范德華力首尾相連。 請(qǐng)參閱圖5及圖6,具體地，每一碳納米管拉膜包括多個(gè)連續(xù)且定向排列的 碳納米管片段143。該多個(gè)碳納米管片段143通過范德華力首尾相連。每一 碳納米管片段143包括多個(gè)相互平行的碳納米管145,該多個(gè)相互平行的碳 納米管145通過范德華力緊密結(jié)合。該碳納米管片段143具有任意的寬度、 厚度、均勻性及形狀。所述碳納米管拉膜的厚度為0.5納米 100微米，寬度 與拉取該碳納米管拉膜的碳納米管陣列的尺寸有關(guān)，長(zhǎng)度不限。所述碳納米 管拉膜及其制備方法具體請(qǐng)參見范守善等人于2007年2月9日申請(qǐng)的，于 2008年8月13日公開的第CN101239712A號(hào)中國(guó)公開專利申請(qǐng)"暖納米管 膜結(jié)構(gòu)及其制備方法"。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露 也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)由碳納米管拉膜 組成，且碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度比較小時(shí)，例如小于10微米，該碳納米管結(jié)構(gòu) 有很好的透明度，其透光率可以達(dá)到96%,可以用于制造一透明熱源。
當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的多層碳納米管拉膜時(shí)，相鄰兩層碳 納米管拉膜中的擇優(yōu)取向排列的碳納米管之間形成一交叉角度a,且a大于
等于0度小于等于90度(0。^^90°)。所述多個(gè)碳納米管拉膜之間或一個(gè)碳 納米管拉膜之中的相鄰的碳納米管之間具有一定間隙，從而在石友納米管結(jié)構(gòu) 中形成多個(gè)微孔，微孔的孔徑約小于IO微米。
本發(fā)明實(shí)施例的碳納米管結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)沿相同方向?qū)盈B設(shè)置的碳納 米管拉膜，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管均沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
所述碳納米管碾壓膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管沿同一方向或 不同方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊，
并通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由于碳納米管碾壓膜中的碳納米 管之間通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合，使碳納米管碾壓膜為一自支撐的 結(jié)構(gòu)。所述碳納米管碾壓膜可通過碾壓一碳納米管陣列獲得。所述碳納米管 碾壓膜中的碳納米管與形成碳納米管陣列的生長(zhǎng)基底的表面形成一夾角P ，
其中，P大于等于O度且小于等于15度((^p^15。)，該夾角P與施加在碳納 米管陣列上的壓力有關(guān)，壓力越大，該夾角越小，優(yōu)選地，該碳納米管碾壓 膜中的碳納米管平行于該生長(zhǎng)基底排列。該碳納米管碾壓膜為通過碾壓一碳 納米管陣列獲得，依據(jù)碾壓的方式不同，該碳納米管碾壓膜中的碳納米管具 有不同的排列形式。具體地，請(qǐng)參閱圖7，當(dāng)沿同一方向碾壓時(shí)，碳納米管 沿一固定方向擇優(yōu)取向排列；請(qǐng)參閱圖8，當(dāng)沿不同方向碾壓時(shí)，碳納米管 沿不同方向擇優(yōu)取向排列；當(dāng)沿垂直于碳納米管陣列的方向碾壓時(shí)，碳納米 管膜各向同性。該碳納米管碾壓膜中碳納米管的長(zhǎng)度大于50微米。所述碳納 米管碾壓膜及其制備方法具體請(qǐng)參見范守善等人于2007年6月1日申請(qǐng)的， 于2008年12月3日公開的第CN101314464A號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)"碳納米管薄 膜的制備方法"。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露也應(yīng)視
為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。
該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要選擇。該碳納米 管碾壓膜的面積與碳納米管陣列的尺寸基本相同。該碳納米管碾壓膜厚度與 碳納米管陣列的高度以及碾壓的壓力有關(guān)，可為1微米 1毫米?？梢岳斫猓?碳納米管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則制備的碳納米管碾壓膜的厚 度越大；反之，碳納米管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則制備的碳納 米管碾壓膜的厚度越小。所述碳納米管碾壓膜之中的相鄰的碳納米管之間具 有一定間隙，從而在碳納米管碾壓膜中形成多個(gè)微孔，微孔的孔徑約小于10 微米。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)可包括至少一碳納米管絮化膜，該碳納米管絮化膜包 括相互纏繞且均勻分布的碳納米管。碳納米管的長(zhǎng)度大于IO微米，優(yōu)選地， 碳納米管的長(zhǎng)度大于等于200微米且小于等于卯0微米。所述碳納米管之間 通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管絮化膜中的 碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，使得該碳納米管絮化膜各向同性。所述 碳納米管絮化膜中的碳納米管形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑約小于10微米。所述碳納米管絮化膜的長(zhǎng)度和寬度不限。請(qǐng)參閱圖9，由于在碳納米管 絮化膜中，碳納米管相互纏繞，因此該碳納米管絮化膜具有很好的柔韌性， 且為一自支撐結(jié)構(gòu)，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述碳納米管絮化 膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米~1毫米，優(yōu)選為100微米。所述碳納 米管絮化膜及其制備方法具體請(qǐng)參見范守善等人于2007年4月13日申請(qǐng)的， 于2008年10月15日公開的第CN101284662A號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)"碳納米管 薄膜的制備方法"。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露也 應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。
所述碳納米管線包括多個(gè)沿碳納米管線軸向定向排列的碳納米管。所述 碳納米管線可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該非扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線為將碳納米管拉膜通過有機(jī)溶劑處理得到。請(qǐng)參閱圖10,該非扭轉(zhuǎn) 的碳納米管線包括多個(gè)沿碳納米管線長(zhǎng)度方向排列的碳納米管。該扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線為采用一機(jī)械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。請(qǐng) 參閱圖11，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)繞碳納米管線軸向螺旋排列的碳納 米管。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線與扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長(zhǎng)度不限，直徑為0.5納 米 100微米。所述碳納米管線及其制備方法具體請(qǐng)參見范守善等人于2002 年9月16日申請(qǐng)的，于2008年8月20日7>告的第CN100411979C號(hào)中國(guó) 公告專利"一種碳納米管繩及其制造方法"，以及于2005年12月16日申請(qǐng) 的，于2007年6月20日公開的第CN1982209A號(hào)中國(guó)公開專利申請(qǐng)"碳納 米管絲及其制作方法"。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭 露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。
進(jìn)一步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā) 性有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中 相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的直徑及比表 面積減小，密度及強(qiáng)度增大。
得，該碳納米管拉膜為自支撐結(jié)構(gòu)，所以該碳納米管線為自支撐結(jié)構(gòu)。另外， 該碳納米管線中相鄰碳納米管間存在間隙，故該碳納米管線具有大量微孔， 且微孔的孔徑約小于IO微米。
所述兩個(gè)電極206的設(shè)置方式不限，只需確保其間隔設(shè)置，且與該加熱元件204電連接即可。具體地，所述電極206可i殳置在所述加熱元件204的 同一表面上也可以設(shè)置在所述加熱元件204的不同表面上。所述電極206可 通過碳納米管結(jié)構(gòu)的粘性或?qū)щ娬辰Y(jié)劑(圖未示)設(shè)置于該加熱元件204的表 面上。導(dǎo)電粘結(jié)劑在實(shí)現(xiàn)電極206與碳納米管結(jié)構(gòu)電接觸的同時(shí)，還可將電 極206更好地固定于碳納米管結(jié)構(gòu)的表面上。通過該兩個(gè)電極206可以對(duì)加 熱元件204施加電壓。其中，兩個(gè)電極206之間間隔設(shè)置，以使采用碳納米 管結(jié)構(gòu)的加熱元件204通電發(fā)熱時(shí)接入一定的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。優(yōu)選 地，由于線狀支撐結(jié)構(gòu)202直徑較小，兩個(gè)電極206可間隔設(shè)置于線狀支撐 結(jié)構(gòu)202的兩端，并環(huán)繞^沒置于加熱元件204的表面。
所述電極206為導(dǎo)電薄膜、金屬片或者金屬引線。該導(dǎo)電薄膜的材料可 以為金屬、合金、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物(ATO)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo) 電聚合物等。該導(dǎo)電薄膜可以通過物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法或其它 方法形成于加熱元件204表面。該金屬片或者金屬引線的材料可以為銅片或 鋁片等。該金屬片可以通過導(dǎo)電粘結(jié)劑固定于加熱元件204表面。
所述電極206還可以為一碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管結(jié)構(gòu)包裹或纏繞于 反射層210的表面。該碳納米管結(jié)構(gòu)可通過其自身的粘性或?qū)щ娬辰Y(jié)劑固定 于反射層210的表面。該碳納米管結(jié)構(gòu)包括定向排列且均勻分布的多個(gè)金屬 性碳納米管。具體地，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管拉膜、至少一碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。
本實(shí)施例中，將兩個(gè)碳納米管拉膜分別設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)202沿其長(zhǎng) 度方向的兩端作為電極206。該兩個(gè)碳納米管4立膜環(huán)繞于加熱元件204的內(nèi) 表面，并通過導(dǎo)電粘結(jié)劑與加熱元件204之間形成電接觸。所述導(dǎo)電粘結(jié)劑 優(yōu)選為銀膠。由于本實(shí)施例中的加熱元件204也采用碳納米管結(jié)構(gòu)，所以電 極206與加熱元件204之間具有較小的歐姆接觸電阻，可以提高線熱源20 對(duì)電能的利用率。
所述絕緣保護(hù)層208的材料為一絕緣材料，如橡膠、樹脂等。所述絕 緣保護(hù)層208厚度不限，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。本實(shí)施例中，該絕緣保護(hù) 層208的材料采用橡膠，其厚度為0.5 2毫米。該絕緣保護(hù)層208可通過涂 敷或包裹等方法形成于加熱元件204的表面。所述絕緣保護(hù)層208用來防止 該線熱源20在4吏用時(shí)與外界形成電4妄觸，同時(shí)還可以防止加熱元件204中的碳納米管結(jié)構(gòu)吸附外界雜質(zhì)。該絕緣保護(hù)層208為一可選擇結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例中，將該碳納米管結(jié)構(gòu)包裹于一直徑為l厘米的線狀支撐結(jié)構(gòu) 202上，且其位于兩個(gè)電極206之間的長(zhǎng)度為3厘米。電流沿著線狀支撐結(jié) 構(gòu)202的長(zhǎng)度方向流入。測(cè)量4義器分別為紅外測(cè)溫4義RAYTEK RAYNER IP-M與紅外測(cè)溫儀AZ-8859。當(dāng)施加電壓在1伏 20伏，加熱功率為1瓦 40 瓦時(shí)，碳納米管結(jié)構(gòu)的表面溫度為50°C~500°C。由此可見，該碳納米管結(jié)構(gòu) 具有較高的電熱轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于具有黑體結(jié)構(gòu)的物體來說，其所對(duì)應(yīng)的溫度 為200。C 450。C時(shí)就能發(fā)出人眼看不見的熱輻射(紅外線)，此時(shí)的熱輻射最 穩(wěn)定、效率最高，所產(chǎn)生的輻射熱量最大。
該線熱源20在使用時(shí)，可以將其設(shè)置于所要加熱的物體表面或?qū)⑵渑c 被加熱的物體間隔設(shè)置，利用其熱輻射即可進(jìn)行加熱。另外，還可以將多個(gè) 線熱源20排列成各種預(yù)定的圖形^吏用。該線熱源20可以廣泛應(yīng)用于電加熱 器、紅外治療儀、電暖器等領(lǐng)域。
本實(shí)施例中，由于碳納米管具有納米級(jí)的直徑，使得制備的碳納米管結(jié) 構(gòu)可以具有較小的厚度，故，釆用小直徑的線狀支撐結(jié)構(gòu)可以制備微型線熱 源。碳納米管具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，使其可以在酸性環(huán)境中工作。而且，碳 納米管具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，即使于300(TC以上高溫的真空環(huán)境下工作也不會(huì) 分解，使該線熱源20適合于真空高溫下工作。另外，碳納米管的強(qiáng)度比同 體積的鋼的強(qiáng)度高100倍，重量卻只有其1/6，所以，采用碳納米管的線熱 源20具有更高的強(qiáng)度和更輕的重量。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依
據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種線熱源，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)；一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面，以及；兩個(gè)電極間隔設(shè)置，并分別與該加熱元件電連接；其特征在于，所述的加熱元件包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求l所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)均勻 分布的碳納米管。
3. 如權(quán)利要求2所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管在該碳納米管結(jié)構(gòu) 中有序排列或無序排列。
4. 如權(quán)利要求3所述的線熱源，其特征在于，所述的碳納米管的長(zhǎng)度大于100 微米，直徑小于50納米。
5. 如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的單位面積熱 容小于2x 10"焦耳每平方厘米開爾文。
6. 如權(quán)利要求5所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的單位面積熱 容小于等于1.7xl(^焦耳每平方厘米開爾文。
7. 如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述的碳納米管結(jié)構(gòu)纏繞或包裹 于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面。
8. 如權(quán)利要求7所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)通過其自身的 粘性或?qū)щ娬辰Y(jié)劑固定于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面。
9. 如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述兩個(gè)電極間隔設(shè)置于加熱元 件的表面，且位于線狀支撐結(jié)構(gòu)的兩端。
10. 如權(quán)利要求l所述的線熱源，其特征在于，所述電極為一導(dǎo)電薄膜、金屬片 或金屬引線。
11. 如權(quán)利要求l所述的線熱源，其特征在于，所述線狀支撐結(jié)構(gòu)的材料為柔性 材料或硬性材料，且所述柔性材料包括塑料及柔性纖維中的一種或多種，所 述硬性材料包括陶瓷、玻璃、樹脂及石英中的一種或多種。
12. 如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述線熱源進(jìn)一步包括一反射層設(shè)置于加熱元件與線狀支撐結(jié)構(gòu)之間，所述反射層的材料包括金屬氧化物、金屬鹽及陶瓷中的一種或多種。
13.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述線熱源進(jìn)一步包括一絕纟彖保護(hù)層"&置于所述加熱元件的外表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線熱源，包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)，一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面，以及兩個(gè)電極間隔設(shè)置，并分別與該加熱元件電連接，其中，所述的加熱元件包括一碳納米管結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H05B3/40GK101616516SQ200910138340
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者辰 馮, 鍇 劉, 劉長(zhǎng)洪, 姜開利, 鼎 王, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司