[发明专利]立体热源

说明书

技术领域

本发明涉及一种立体热源，尤其涉及一种基于碳纳米管的立体热源。

背景技术

热源在人们的生产、生活、科研中起着重要的作用。立体热源是热源的一种，其特点为立体热源具有一立体结构，从而可将待加热物体设置于其内部进行加热。由于立体热源可对待加热物体的各个部位同时加热，因此，立体热源具有加热面广、加热均匀且效率较高等优点。立体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。

立体热源的基本结构通常包括一加热元件。现有的立体热源的加热元件通常采用金属丝，如铬镍合金丝、铜丝、钼丝或钨丝等通过铺设或缠绕的方式形成。然而，采用金属丝作为加热元件具有以下缺点：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。

为解决金属丝作为加热元件存在的问题，碳纤维因为其具有良好的黑体辐射性能，密度小等优点成为加热元件材料研究的热点。碳纤维作为加热元件时，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微米。然而，采用碳纤维纸作为加热元件具有以下缺点：其一，由于该碳纤维纸中的沥青基碳纤维杂乱分布，所以该碳纤维纸的强度较小，柔性较差，容易破裂，同样具有寿命较短的缺点；其二，碳纤维纸的电热转换效率较低，不利于节能环保。

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斯深入，其广阔的应用前景不断显现出来。范守善等人于2006年6月16日申请的，于2007年12月19日公开的一篇公开号为CN101090586A的中国公开专利申请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高，且发热温度范围较宽的立体热源。

一种立体热源包括一加热元件及至少两个电极。该加热元件包括基体及多个碳纳米管分布于该基体中。该至少两个电极间隔设置且分别与该加热元件电连接。所述加热元件构成一个中空的三维结构，该加热元件中的多个碳纳米管组成至少一自支撑的碳纳米管结构。

一种立体热源包括一加热元件及至少两个电极。该加热元件包括一碳纳米管复合结构。该至少两个电极与该加热元件电连接。该加热元件构成一个中空的三维结构，所述碳纳米管复合结构包括至少一自支撑的碳纳米管结构以及与该至少一自支撑的碳纳米管结构复合的基体。

一种立体热源包括一中空的三维支撑结构，一加热元件与至少两个电极。该加热元件设置于该中空的三维支撑结构的表面。该至少两个电极与该加热元件电连接。所述加热元件包括至少一碳纳米管结构及与该至少一碳纳米管结构复合的基体。