[发明专利]碳纳米管薄膜电加热器的制备方法及电加热器

说明书

本发明提供的一种碳纳米管薄膜电加热器的制备方法及电加热器，包括如下步骤：步骤1，切割碳纳米管薄膜形成导电加热回路；步骤2，将导线连接到导电加热回路上；步骤3，将导电加热回路置于两层绝缘层之间进行复合。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明兼具高伸长率、高电阻率和低电阻温度系数，可解决航天器元器件膨胀带来的加热片失效难题。同时本发明制备方法简单，具有较强的可实施性。

技术领域

本发明属于加热器技术领域，具体涉及一种碳纳米管薄膜电加热器的制备方法及使用该方法制备的电加热器。

背景技术

随着空间探索需求日益增长，航天器的设计寿命和可靠性要求逐渐提高。作为航天器重要保障系统之一的热控系统，是保证航天器内部仪器及结构正常运行的前提，也是保证航天器正常服役和稳定工作的必要条件。在轨运行的航天器不断进出地球阴影区域会产生环境温度交替变化，因此需要对航天器进行主动或被动的温度控制，以保证其内部仪器及结构在一定温度范围内工作，同时应尽可能采用成熟的热控技术和实施工艺，以保证热控系统的高可靠性。

薄膜加热片式电加热器是目前航天器上经常采用的主动热控方法之一。其工作原理是将需要加热的表面划分成多个等温加热区,在加热区布置电加热膜和热敏电阻,对其进行主动温控,维持航天器内部仪器及结构温度水平并保证温度分布在一定的范围内。航天器聚酰亚胺薄膜型电加热片是一种三明治结构形式的柔性薄片，上、下两面为耐温性好、绝缘性能佳的聚酰亚胺薄膜，中间为电阻加热回路，可较好地贴合航天器表面，实现特定位置加热升温的功能。

然而，航天器部分特殊元器件在使用过程中会发生一定的形变，如卫星上的贮箱、气瓶等，贴附在表面的加热片也会发生变形。传统薄膜电加热器伸长率较小，变形时易发生断裂失效的风险。因此，为了提高电加热器的可靠性，降低质量风险，必须选择一种兼具高伸长率、高电阻率和低电阻温度系数的电热转换材料，以适应由于元器件膨胀带来的加热片失效难题。本发明选用浮动催化CVD技术制备的碳纳米管网状结构薄膜，利用碳纳米管在表面低聚物的黏接作用下具有较高伸长率的优势，以及高电阻率、低电阻温度系数的固有特性，制备满足航天需求碳纳米管/聚酰亚胺薄膜电加热器。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种满足航天需求，实现特殊元器件的温度保持的碳纳米管薄膜电加热器的制备方法及电加热器。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种碳纳米管薄膜电加热器的制备方法，包括如下步骤：步骤1，切割碳纳米管薄膜形成导电加热回路；步骤2，将导线连接到导电加热回路上；步骤3，将导电加热回路置于两层绝缘层之间进行复合。

优选地，碳纳米管薄膜的厚度为8～12μm，壁数为3～8，电阻率约为5×10-6Ω·m，伸长率不小于30％，电阻温度系数小于1×10-4/℃。

优选地，步骤1中，采用飞秒激光切割碳纳米管薄膜形成导电加热回路；其中飞秒激光的中心波长为246nm，重频为1kHz，焦点处平均功率为240mW，聚焦透镜焦距为50cm，脉冲宽度为40fs，扫描速度为1.0mm/s。

优选地，步骤2中，采用导电银浆将导线连接到导电加热回路上；其中导电银浆的粘度为25～30Pa.s，银含量为60％～70％，粒度为3～5μm，方阻值小于0.012Ω/square/1mil，最高连续使用温度不低于150℃，焗干温度为70～120℃；导线为FF46-2、FF40-2或55/0112-24-9。

优选地，步骤3包括：步骤3.1，清洗绝缘层；步骤3.2，对导电加热回路及两层绝缘层进行压合复合；步骤3.3，烘烤。

优选地，步骤3.1中，采用酒精对绝缘层的表面进行擦洗。

优选地，步骤3.2中，选用型号为LVP-46M的真空压合机进行压合复合；其中固化成型温度为180℃，压力为2.5MPa，固化的时间为2分钟。