[发明专利]面热源

说明书

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。面热源为二维结构，将待加热物体置于该二维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，加热面较大、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、电热毯、红外治疗仪及电暖器等。

现有面热源一般包括一加热元件和至少两个电极，该至少两个电极设置于该加热元件的表面，并与该加热元件电连接。当通过电极向加热元件通入电压或电流时，由于加热元件具有较大电阻，通入加热元件的电能转换成热能，并从加热元件释放出来。现在市售的面热源通常采用金属丝或碳纤维制成的电热丝作为加热元件进行电热转换。

然而，金属丝或碳纤维均具有强度不高、电热转换效率较低以及质量较大的缺点。金属丝易于折断，特别是多次弯曲或绕折成一定角度时易产生疲劳，因此应用受到限制。另外，以金属丝或碳纤维制成的电热丝所产生的热量是以普通波长向外辐射的，其电热转换效率不高不利于节省能源，需加入粘涂有远红外涂料的棉线提高电热转换效率，不利于节能环保。碳纤维及金属丝的质量均较大，不利于使热源轻型化。同时，碳纤维尺寸不够小，不利于应用于微型热源。

自九十年代初以来，以碳纳米管(请参见Helical microtubules of graphiticcarbon，Nature，Sumio Iijima，vol 354，p56(1991))为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。范守善等人于2007年12月19日公开的一件中国专利申请第CN101090586A号中公开了一种纳米柔性电热材料。该电热材料包括一柔性基体及分散在所述柔性基体中的多个碳纳米管。该多个碳纳米管以粉末态存在，彼此间结合力很弱，无法形成一具有特定形状的自支撑结构。将该粉末态的碳纳米管与聚合物溶液混合时，该粉末态的碳纳米管极易团聚，从而导致碳纳米管在基体中分散不均匀。为了避免碳纳米管在聚合物溶液中分散时的团聚现象，一方面，在分散的过程中需要通过超声波振荡处理该碳纳米管与聚合物溶液的混合物，另一方面，该电热材料中碳纳米管的质量百分含量不能太高，仅为0.1～4％。

而且，碳纳米管在经过上述分散处理之后，即使碳纳米管彼此间能够相互接触，其结合力也较弱，无法形成一自支撑的碳纳米管结构。由于碳纳米管含量少，热电材料的热响应速度不够快，电热转换效率不够高，故该电热材料的发热温度不够高，限制了其应用范围。另外，为了使碳纳米管在液相中分散，制备电热材料时，其柔性基体只能选择聚合物材料，聚合物材料耐热温度较低，此种采用在液相中分散碳纳米管形成电热材料的方法限制了基体材料的选择。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种电热转换效率较高，发热温度范围较宽的面热源。

一种面热源，包括：一加热元件，该加热元件包括一基体及多个碳纳米管分布于该基体中；以及至少两电极间隔设置并与该加热元件电连接，其中，该多个碳纳米管组成至少一自支撑的碳纳米管线状结构。

一种面热源，包括：一加热元件以及至少两电极间隔设置并与该加热元件电连接，其中：该加热元件包括多个碳纳米管，以及一基体材料，该多个碳纳米管通过范德华力的作用形成一体的自支撑的碳纳米管线状结构，该基体材料与该碳纳米管线状结构相复合。

一种面热源，其特征在于，其包括：一加热元件，该加热元件包括至少一碳纳米管线状复合结构；以及至少两电极间隔设置并与该加热元件电连接，该碳纳米管线状复合结构包括一基体以及多个碳纳米管，该多个碳纳米管形成一自支撑的碳纳米管线状结构并与该基体复合。

与现有技术相比较，所述的面热源由于采用自支撑结构的碳纳米管线状结构，且碳纳米管在碳纳米管线状结构中均匀分布，将该自支撑的碳纳米管线状结构与基体直接复合，无需解决碳纳米管的分散问题，碳纳米管的含量不受限制，可使复合后形成的加热元件中碳纳米管仍相互结合保持一碳纳米管线状结构的形态，使该热源具有更佳的加热性能。另外，该基体材料的种类不限于聚合物，温度范围宽，使该热源的应用范围更加广泛。碳纳米管线状结构中的碳纳米管均匀分布，因此具有均匀的厚度及电阻，发热均匀，碳纳米管的电热转换效率高，所以该面热源具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快、辐射效率高的特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例的面热源的结构示意图。

图2为图1沿II-II线的剖面示意图。