CN103379680B - 加热垫的制备方法 - Google Patents

加热垫的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103379680B
CN103379680B CN201210130016.5A CN201210130016A CN103379680B CN 103379680 B CN103379680 B CN 103379680B CN 201210130016 A CN201210130016 A CN 201210130016A CN 103379680 B CN103379680 B CN 103379680B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible substrates
carbon nano
state
tube
nanotube layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210130016.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103379680A (zh
Inventor
冯辰
郭雪伟
潜力
王昱权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201210130016.5A priority Critical patent/CN103379680B/zh
Priority to TW101116574A priority patent/TWI484059B/zh
Priority to US13/779,753 priority patent/US9167627B2/en
Priority to US13/779,752 priority patent/US9173250B2/en
Publication of CN103379680A publication Critical patent/CN103379680A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103379680B publication Critical patent/CN103379680B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/02Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/0004Cutting, tearing or severing, e.g. bursting; Cutter details
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/145Carbon only, e.g. carbon black, graphite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/202Conductive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/011Heaters using laterally extending conductive material as connecting means
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/04Heating means manufactured by using nanotechnology

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种加热垫的制备方法,包括:提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态固定于所述支撑体;提供一碳纳米管阵列,从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜,并将所述碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面;旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。

Description

加热垫的制备方法
技术领域
本发明涉及一种加热垫的制备方法,尤其涉及一种柔性加热垫的制备方法。
背景技术
在日常生活中,有很多地方要用到加热垫,例如,汽车座椅加热垫,电热毯,加热保健腰带等。传统的加热垫一般采用电阻丝作为加热材料,该电阻丝一般有纯金属电阻丝和合金电阻丝,但在使用过程中,该电阻丝由于抗拉伸强度弱,耐弯折性差,所以存在由于造成断裂引起触电等事故的隐患,且使用寿命较短。
发明内容
有鉴于此,确有必要提供一种柔性加热垫的制备方法。
一种加热垫的制备方法,包括:提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态固定于所述支撑体;提供一碳纳米管阵列,从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜,并将所述碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面;旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
一种加热垫的制备方法,包括以下步骤:提供一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置;提供至少一碳纳米管膜,该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列,将该至少一碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面,使各碳纳米管膜中的碳纳米管沿相同的方向延伸,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
与现有技术相比较,本发明的制备方法是在柔性基底上设置所述碳纳米管层,由于所述柔性基底和所述碳纳米管层均具有柔韧性,所以该加热垫为柔性加热垫。另外,所述碳纳米管层形成在第一状态的柔性基底,处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,即该柔性基底在该方向上发生了收缩,所以,设置于该柔性基底的碳纳米管层中的碳纳米管在该碳纳米管层的法线方向向上弯曲形成突起,呈褶皱状态。因此,该加热垫在该方向上抗拉伸、耐弯折。又所述碳纳米管层在垂直于所述碳纳米管延伸方向上本来即具有较优的抗拉伸性。因此。所述加热垫具有较好的机械强度、抗拉伸性以及耐弯折性。
附图说明
图1为本发明第一实施例制备加热垫的流程图。
图2为本发明第一实施例制备加热垫的工艺流程图。
图3为本发明实施例中从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图4为本发明第一实施例在所述加热元件的长度方向的两端部形成多个电极的局部结构示意图。
图5为本发明第二实施例加热垫中加热元件的碳纳米管层侧的照片。
图6为本发明第二实施例加热垫中加热元件的碳纳米管层侧的光学显微镜照片。
主要元件符号说明
加热垫 10
柔性基底 11
碳纳米管阵列 12
硅基板 13
碳纳米管膜 14
碳纳米管层 15
电极 16
硅胶层 17
加热元件 18
条形结构 19
支撑体 20
导线 21
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1,本发明第一实施例提供一种加热垫10的制备方法。该加热垫的制备方法包括以下步骤:(S10)提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态固定于所述支撑体;(S11)提供一碳纳米管阵列,从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜,并将所述碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面;(S12)旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;(S13)处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;(S14)在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
请一并参阅图2,在步骤S10中,提供一支撑体20,该支撑体20可以为一圆柱体、三菱柱体以及多菱柱体等。本实施例为一圆柱体。该支撑体20可以由电机(图未标示)带动,在所述电机的带动下,所述支撑体20可绕其轴心以一定转速旋转。
提供一柔性基底11,该柔性基底11的材料选自柔性并具有一定韧性及强度的绝缘材料,如硅橡胶、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、斜纹布、PU、PVC、以及真皮等。本实施例中,所述柔性基底11为一长方形的PU,其尺寸为40厘米×30厘米。
对所述柔性基底11施加一外力,该外力的大小为使该柔性基底11在不被破坏的情况下至少发生弹性变形的大小,使所述柔性基底11处于第一状态。然后将该柔性基底11以第一状态固定于所述支撑体20。
在本实施例中,对所述PU施加一外力,使该PU在长度方向上被拉伸产生10%的形变,即,将该PU在长度方向上拉伸至44厘米,使该PU处于第一状态。然后将该PU以第一状态固定于所述支撑体20,使该PU在长度方向上缠绕于所述支撑体20,即该PU的宽度方向与所述支撑体20的中心轴平行。将该PU通过粘结剂粘结于所述支撑体20,此时,该 PU仍然处于第一状态。进一步地,在所述柔性基底11的表面涂布一层粘结剂,形成一粘结层17,本实施例中该粘结层17为硅胶层。当然,也可以使PU在长度方向的两端搭接,在该搭接处通过粘结剂将该PU的两端粘结在一起,使该PU以第一状态套设于所述支撑体20。
所述支撑体20和柔性基底11的尺寸可以根据所述加热垫的尺寸来选择。
可以理解,所述支撑体20也可以为一个中空的筒状结构,该筒状结构在平行于该筒状结构的中心轴方向具有一开口,该开口贯穿整个筒状结构。也就是说,可以利用工具撑开所述筒状结构,那么筒状结构的开口的宽度变得更大,即所述筒状结构的直径变大。因此,在步骤S10中,可以将所述柔性基底11以原态设置于该筒状结构,然后利用工具使筒状结构的直径变大,那么,该柔性基底11即被拉伸,形成第一状态的柔性基底11。
在步骤S11中,首先,提供一碳纳米管阵列12,该碳纳米管阵列12形成于一硅基板13的表面。将所述碳纳米管阵列12及所述支撑体20并排且间隔设置。该碳纳米管阵列12由多个碳纳米管组成。该多个碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管的直径为0.5~50纳米,长度为50纳米~5毫米。该碳纳米管的长度优选为100微米~900微米。本实施例中,该多个碳纳米管为多壁碳纳米管,且该多个碳纳米管基本上相互平行且垂直于所述硅基板13的表面,该碳纳米管阵列12不含杂质,如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。所述碳纳米管阵列12的制备方法不限,可参见中国大陆专利申请公开第02134760.3号。优选地,该碳纳米管阵列12为超顺排碳纳米管阵列。
其次,采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列12中选定多个碳纳米管,本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该碳纳米管阵列12以选定具有一定宽度的多个碳纳米管;以一定速度拉伸该选定的碳纳米管,该拉取方向沿基本垂直于碳纳米管阵列12的生长方向。从而形成首尾相连的多个碳纳米管,进而形成一连续的碳纳米管膜14。在上述拉伸过程中,该多个碳纳米管在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时,由于范德华力作用,该选定的多个碳纳米管分别与其他碳纳米管首尾相连连续地被拉出,从而形成所述碳纳米管膜14。该碳纳米管膜14中的多个碳纳米管定向排列且通过范德华力首尾相连。该碳纳米管膜14中碳纳米管的排列方向基本平行于该碳纳米管膜14的拉伸方向。
请参见图3,所述碳纳米管膜14是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列,所述择优取向排列是指在碳纳米管膜14中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且,所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜14的表面。进一步地,所述碳纳米管膜14中大多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地,所述碳纳米管膜14中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然,所述碳纳米管膜14中存在少数随机排列的碳纳米管,这些碳纳米管不会对碳纳米管膜14中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜14不需要大面积的载体支撑,而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态,即将该碳纳米管膜14置于(或固定于)间隔一定距离设置的两个支撑体上时,位于两个支撑体之间的碳纳米管膜14能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜14中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
具体地,所述碳纳米管膜14中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管,并非绝对的直线状,可以适当的弯曲;或者并非完全按照延伸方向上排列,可以适当的偏离延伸方向。因此,不能排除所述碳纳米管膜14中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。
具体地,所述,所述碳纳米管膜14中基本朝包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管,该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合并形成多个间隙。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜14中的碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。
在所述碳纳米管膜14从碳纳米管阵列12中被拉取出来的过程中,将拉出的所述碳纳米管膜14的一端固定于所述柔性基底11的粘结层17的表面,使所述碳纳米管膜14中碳纳米管的延伸方向与所述支撑体20的中心轴垂直。
由于所述碳纳米管膜14具有较大的比表面积,且基本不含无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等杂质,故,该碳纳米管膜14本身具有较大的粘性,因此,该碳纳米管膜14也可以通过本身的粘性固定于所述柔性基底11的表面,那么,在所述步骤S10中即不需要在所述柔性基底10的表面形成粘结层17。
在步骤12中,将所述碳纳米管膜14的一端固定于所述柔性基底11后,调整所述支撑体20与碳纳米管阵列12的位置关系,使该碳纳米管膜14与硅基板13的表面形成一交叉角α,该交叉角小于90°。优选地,该交叉角0°≦α≦30°,即,该碳纳米管膜14与所述碳纳米管阵列12中碳纳米管的延伸方向形成一60°到90°的夹角;更优选地,该交叉角0°≦α≦5°,即,该碳纳米管膜14与所述碳纳米管阵列12中碳纳米管的延伸方向形成一85°到90°的夹角。本实施例中,所述交叉角α为3°,该碳纳米管膜14与所述碳纳米管阵列12中碳纳米管的延伸方向形成一97°的夹角。
控制所述电机运转带动所述支撑体20以一定的转速旋转,所述碳纳米管膜14就可以从所述碳纳米管阵列12中连续地拉出,并均匀地缠绕于所述柔性基底11的表面从而形成所述碳纳米管层15。具体地,控制所述电机运转带动所述支撑体20旋转,使该支撑体20的线速度为15m/s以下。本实施例中,所述支撑体20的线速度为0.5m/s。由于从所述碳纳米管阵列12拉出的所述碳纳米管膜14的一端被固定于所述柔性基底11的表面,因此,所述柔性基底11对所述碳纳米管膜14会产生一个沿该碳纳米管膜14延伸方向的拉力,从而使得碳纳米管膜14连续地被拉出。
此外,可以通过所述支撑体20的旋转圈数来控制缠绕于该柔性基底11表面的碳纳米管层15的厚度。本实施例中,所述碳纳米管层15包括两百层碳纳米管膜14,由于所述支撑体20的表面形成有粘结层17,所以该两百层碳纳米管膜被该粘结层17粘附于所述支撑体20。此外,当碳纳米管膜14缠绕于所述柔性基底11的表面时,该碳纳米管层15中相互层叠的碳纳米管膜14之间会通过范德华力的吸引而紧密地结合在一起。
进一步地,当所述碳纳米管层15形成在所述柔性基底11之后,可以采用一接触物挤压所述碳纳米管层15,使设置于所述柔性基底11的硅胶能均匀地渗入到所述碳纳米管层15中。该接触物优选与所述碳纳米管层15作用力较小的材料,例如金属、金属氧化物及陶瓷等多孔材料或橡胶等。本实施例,采用一毛刷,然后在毛刷的刷毛部分套设一橡胶套,该橡胶套可以防止所述碳纳米管层15中的碳纳米管被粘起。将套设有橡胶套的毛刷压在所述碳纳米管层15,控制电机旋转带动所述支撑体20旋转,即碳纳米管层15旋转,那么,也就相当于毛刷在碳纳米管层的圆周方向上运动,然后再控制毛刷的位置,使整个柔性基底11表面的硅胶渗入到所述碳纳米管层15中,所以该碳纳米管层15被牢固地粘结于所述柔性基底11。
在步骤(S13)中,将所述柔性基底11和碳纳米管层15一起从所述支撑体20取下。首先,需要将所述碳纳米管层15在柔性基底11长度方向的两端处断开,以便将所述柔性基底11和碳纳米管层15从所述支撑体20取下。
所述断开碳纳米管层15的方法包括机械切割法和激光烧蚀法。所述机械切割法包括:提供一切割工具;利用该切割工具将碳纳米管层15切开。所述激光烧蚀法包括:提供一激光装置;利用该激光装置照射所述碳纳米管层15,使碳纳米管层15因高温烧蚀而断开,该激光烧蚀法可以有效减少污染物的引入。
然后,将所述柔性基底11和碳纳米管层15从所述支撑体20取下,相当于去除对所述柔性基底11的作用力,该柔性基底11收缩至第二状态,当然,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短。由于所述碳纳米管层15粘结于所述柔性基底11,该柔性基底11在长度方向上收缩时,碳纳米管层15中的碳纳米管将在该碳纳米管层的法线方向向上弯曲形成突起,也就是说,该碳纳米管的某一部分已经高出其他部分,所以该碳纳米管层15从宏观结构看,包括多个褶皱,表面呈褶皱状态(请参阅图5)。用扫面电镜观察来看,在与碳纳米管延伸方向的交叉方向形成有多个皱纹(请参阅图6),该皱纹的延伸方向基本上垂直于所述碳纳米管层中碳纳米管的延伸方向。
当所述柔性基底11在第一状态下仅发生弹性变形时,那么,当去除外力时,该柔性基底11恢复为原态,即所述第二状态即为原态。当所述柔性基底11在第一状态下既有发生弹性变形又发生塑性变形时,那么,当去除外力时,该柔性基底11发生弹性变形的部分会恢复,但发生塑性变形的部分不会恢复,即第二状态的柔性基底11在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上的长度比柔性基底11的原长长,但比第一状态的柔性基底11的长度短。
所述第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度缩短大于等于1%。其长度缩短的百分比要根据所述加热垫的用途而定,而且要根据长度缩短的百分比来合理选择所述柔性基底11的材料。
本实施例中,当从所述支撑体20取下所述PU时,该PU的长度恢复至40厘米,由于该PU的长度变短,所以粘结在所述PU的碳纳米管层15包括多个褶皱,表面呈褶皱状态。然后将所述PU与设置于该PU的碳纳米管层放置于固化装置中10分至20分钟,控制该固化装置内的温度为100℃,使所述硅胶固化,因此,碳纳米管层15牢固地粘附于所述柔性基底11。当然,当所述柔性基底11没有形成粘结层17时,该步骤可以省略。处理所述碳纳米管层15的长度,使该碳纳米管层15与所述PU在长度方向的端部平齐,形成加热元件18。
在步骤(S14)中,在所述加热元件18的长度方向的两端部设置多个电极16,使碳纳米管层15中的碳纳米管从加热元件18的长度方向一端的电极16延伸至另一端的电极16,所述多个电极16的形状可为长条形,该多个电极16的材料包括金属。该多个电极16可以采用溅射、电镀、化学镀等沉积方法直接沉积在所述碳纳米管层15的表面。也可用银胶等导电粘结剂将该多个电极粘结在所述碳纳米管层15的表面。本实施例中,通过在所述碳纳米管层15的表面粘贴导电金属编织胶带形成电极16,从而形成加热垫10。
当所述柔性基底11没有形成粘结层17时,形成所述加热垫10后,可以进一步使用一易挥发的有机溶剂处理所述加热垫10。具体地,将有机溶剂浸润所述加热垫10上的碳纳米管层15,在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下,该碳纳米管层15中相邻的碳纳米管之间会通过范德华力紧密结合,并使碳纳米管层15中相邻的碳纳米管膜14之间紧密结合。此外,该有机溶剂还可以使所述加热垫10中碳纳米管层15与所述多个电极及柔性基底11紧密结合。该有机溶剂为挥发性有机溶剂,如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。本实施例中,该有机溶剂为乙醇。当然,使用所述易挥发的有机溶剂处理所述碳纳米管层15的步骤,也可以在碳纳米管层15表面形成多个电极的步骤之前进行。
当然,请参阅图4,也可以采用下述方法形成多个电极22,对所述加热元件18的长度方向的两端部分别进行切割,该切割线平行于所述加热元件18的长度方向,该相邻切割线的距离为7毫米,该切割线的切割深度为10毫米。因此,在加热元件18的长度方向的两端部分别形成多个43个条形结构19,该条形结构19的宽度为7毫米,长度为10毫米。
提供多个电极22,该电极22为插簧,然后将所述条形结构19分别插入插簧的一端,压下所述插簧的弹片,使该弹片固定住所述加热元件18。在插簧的另一端设置导线21,利用插簧的弹片将该导线21夹持,使位于加热元件18各个端部的插簧电连接。从而在所述加热元件18的长度方向的两端部形成多个电极22,该电极22与所述加热元件18电连接。从而形成加热垫30,该加热垫30中的碳纳米管从加热元件长度方向一端的电极22延伸到另一端的电极22。因此,该加热垫10电阻小,又所述电极22与所述碳纳米管层的接触电阻为0.1欧姆,所以,加热所需功率小,升温速度快,加热效果好。
本发明第二实施例提供一种加热垫的制备方法,该加热垫的制备方法包括以下步骤:
(S20)提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置于所述支撑体。该步骤(S20)与第一实施例的步骤(S10)基本相同,不同之处在于:所述柔性基底11的材料是热收缩材料,所谓热收缩材料就是该材料经加热以后即收缩变形,该热收缩材料可以为ABS、EVA、PET等等。本实施例中,该热收缩材料为聚烯烃,该柔性基底是采用高能电子束轰击交联的环保性聚烯烃热缩材料制成,该柔性基底的收缩比例为2:1,收缩温度为84℃~120℃,工作温度为-55℃~125℃。
然后将所述柔性基底以原态即第一状态固定于所述支撑体。
(S21)提供一碳纳米管阵列,从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜,并将所述碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面。该步骤(S21)与第一实施例的步骤(S11)相同。
(S22)旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层。该步骤(S22)与第一实施例的步骤(S12)相同。
步骤(S23):处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件。该步骤(S23)与第一实施例的步骤(S13)不同之处在于:首先,从所述支撑体上取下所述柔性基底和碳纳米管层,具体的方法请参见第一实施例的步骤S13。然后在100℃的状态下加热所述柔性基底,该柔性基底受热收缩至原来的50%,形成第二状态,因此,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度变短,故,碳纳米管层中的碳纳米管将在该碳纳米管层的法线方向向上弯曲形成突起,也就是说,该碳纳米管的某一部分已经高出其他部分,所以该碳纳米管层从宏观结构看,表面呈褶皱状态,形成加热元件。当然,在该步骤中,如果所述柔性基底上形成有硅胶层,那么硅胶被固化,碳纳米管层牢固地粘结于所述柔性基底。
步骤(S24):在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。步骤(S24)与第一实施例的步骤(S14)相同。
本发明加热垫的制备方法不限于上述两个实施例,也可以包括下列步骤:
提供一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置;提供至少一碳纳米管膜,该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列,将该至少一碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面,使各碳纳米管膜中的碳纳米管沿相同的方向延伸,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
所述柔性基底的材料可以为第一实施例和第二实施例中柔性基底的材料,根据柔性基底的材料不同,在处理所述柔性基底使柔性基底为第一状态和第二状态的方法分别采用第一实施例的方法或第二实施例的方法。所述碳纳米管膜是从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜。
本发明实施例的加热垫的制备方法是在柔性基底上设置所述碳纳米管层,由于所述柔性基底和所述碳纳米管层均具有柔韧性,所以该加热垫为柔性加热垫。另外,所述碳纳米管层形成在第一状态的柔性基底,处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度变短,即该柔性基底在该方向上发生了收缩,所以,设置于该柔性基底的碳纳米管层中的碳纳米管在碳纳米管层法线方向向上弯曲形成突起,呈褶皱状态。因此,该加热垫在该方向上抗拉伸、耐弯折。又所述碳纳米管层在垂直于所述碳纳米管延伸方向上本来即具有较优的抗拉伸性。因此。所述加热垫具有较好的机械强度、抗拉伸性、耐弯折性以及使用寿命较长。
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。

Claims (18)

1.一种加热垫的制备方法,包括:
提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态固定于所述支撑体;
提供一碳纳米管阵列,从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜,并将所述碳纳米管膜的一端固定于所述柔性基底的表面;
旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;
处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;
在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
2.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置于所述支撑体的步骤中,对所述柔性基底施加外力,使该柔性基底在拉伸状态下设置于所述支撑体。
3.如权利要求2所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在对所述柔性基底施加外力,使该柔性基底在拉伸状态下设置于所述支撑体的步骤中,该外力的大小为使该柔性基底在不被破坏的情况下至少发生弹性变形的大小。
4.如权利要求2所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层的步骤中,该碳纳米管层中的碳纳米管的延伸方向与所述柔性基底的拉伸方向一致。
5.如权利要求2所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件的步骤中,去除施加在所述柔性基底的外力,使该柔性基底收缩至第二状态。
6.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态固定于所述支撑体的步骤中,所述柔性基底为热收缩材料,将该柔性基底以原态固定于所述支撑体。
7.如权利要求6所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件的步骤中,加热所述柔性基底,使该柔性基底收缩至第二状态。
8.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,所述第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度缩短大于等于1%。
9.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述提供一支撑体以及一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置于所述支撑体的步骤之后,进一步包括在所述柔性基底的表面涂布一层粘结剂的步骤。
10.如权利要求9所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层的步骤之后,进一步包括采用一接触物挤压所述碳纳米管层,使设置于所述柔性基底的粘结剂渗入到所述碳纳米管层中。
11.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,所述旋转所述支撑体,将所述碳纳米管膜缠绕于所述柔性基底的表面的步骤中,该支撑体的转动的线速度为5m/s~15m/s之间。
12.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,将所述碳纳米管膜的一端固定于所述柔性基底后,调整所述支撑体与碳纳米管阵列的位置关系,使该碳纳米管膜与所述碳纳米管阵列中碳纳米管的延伸方向形成一60°到90°的夹角。
13.如权利要求1所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接的步骤中,在所述加热元件的长度方向的两端部设置多个电极,使碳纳米管层中的碳纳米管从加热元件的一端的电极延伸至另一端的电极。
14.如权利要求12所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接的步骤中,对所述加热元件的长度方向的两端部分别进行切割,该切割线平行于所述加热元件的长度方向,在该加热元件的长度方向的两端部分别形成多个条形结构,将多个插簧分别设置于该多个条形结构,且将两端部的插簧分别电连接。
15.一种加热垫的制备方法,包括以下步骤:
提供一柔性基底,将所述柔性基底以第一状态设置;
提供至少一碳纳米管膜,该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列,将该至少一碳纳米管膜固定于所述柔性基底的表面,使各碳纳米管膜中的碳纳米管沿相同的方向延伸,从而在所述柔性基底的表面形成一碳纳米管层;
处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短,形成加热元件;
在所述加热元件设置多个电极,并使加热元件与所述多个电极电连接。
16.如权利要求15所述的加热垫的制备方法,其特征在于,所述碳纳米膜是从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜。
17.如权利要求15所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短的步骤中,所述碳纳米管层中的碳纳米管将在该碳纳米管层的法线方向向上弯曲形成突起。
18.如权利要求15所述的加热垫的制备方法,其特征在于,在处理所述柔性基底,使所述柔性基底成为第二状态,该第二状态的柔性基底比第一状态的柔性基底至少在碳纳米管层中碳纳米管延伸方向上长度短的步骤中,所述碳纳米管层包括多个褶皱。
CN201210130016.5A 2012-04-28 2012-04-28 加热垫的制备方法 Active CN103379680B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210130016.5A CN103379680B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 加热垫的制备方法
TW101116574A TWI484059B (zh) 2012-04-28 2012-05-09 加熱墊的製備方法
US13/779,753 US9167627B2 (en) 2012-04-28 2013-02-28 Method for making heater
US13/779,752 US9173250B2 (en) 2012-04-28 2013-02-28 Method for making heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210130016.5A CN103379680B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 加热垫的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103379680A CN103379680A (zh) 2013-10-30
CN103379680B true CN103379680B (zh) 2015-08-26

Family

ID=49464097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210130016.5A Active CN103379680B (zh) 2012-04-28 2012-04-28 加热垫的制备方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9173250B2 (zh)
CN (1) CN103379680B (zh)
TW (1) TWI484059B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101409962B (zh) * 2007-10-10 2010-11-10 清华大学 面热光源及其制备方法
CN104640637B (zh) 2012-07-18 2018-09-18 赛拉诺斯知识产权有限责任公司 用于小样本容量的高速小型离心机
CN103731941B (zh) 2012-10-12 2015-12-02 清华大学 加热元件的制备方法
CN103921368B (zh) * 2014-04-14 2016-06-29 北京航空航天大学 一种高取向碳纳米管复合预制体及其制备方法
CN104918341A (zh) * 2015-05-08 2015-09-16 洪泽民 碳纳米管应用于地暖电热膜上的方法
CN105208692B (zh) * 2015-10-10 2019-03-05 苏州聚宜工坊信息科技有限公司 一种柔性发热膜组件及其制备方法
CN107337192B (zh) * 2016-04-28 2019-10-25 清华大学 一种碳纳米管绳的制备方法
CN108633182B (zh) * 2018-05-14 2020-12-22 江西众达泰科技有限公司 宽幅褶皱柔性电子器件制备整机
CN108650775B (zh) * 2018-05-14 2020-12-01 日照亿铭科技服务有限公司 一种宽幅褶皱柔性电子器件制备机构
CN108668427B (zh) * 2018-05-15 2020-12-22 江西众达泰科技有限公司 一种滑台褶皱pcb电子器件制备机构
CN111901969B (zh) * 2018-05-15 2022-11-08 东莞合安机电有限公司 滑台褶皱pcb电子器件制备方法
CN110660591B (zh) 2018-06-29 2020-12-04 清华大学 可拉伸电容器电极-导体结构及超级电容器
CN110660964B (zh) 2018-06-29 2021-06-25 清华大学 可拉伸复合电极以及可拉伸锂离子电池
CN110654073B (zh) 2018-06-29 2021-01-05 清华大学 可拉伸膜状结构及其制备方法
CN110660973B (zh) 2018-06-29 2021-01-05 清华大学 可拉伸复合电极的制备方法
CN110459463B (zh) * 2019-08-14 2022-03-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 石墨烯介质层异质结构的制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101636001A (zh) * 2008-07-25 2010-01-27 清华大学 立体热源
TW201039673A (en) * 2009-04-30 2010-11-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Planar heater
CN101998706A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 碳纳米管织物及应用该碳纳米管织物的发热体
CN102115071A (zh) * 2009-12-31 2011-07-06 清华大学 铺膜系统及使用该铺膜系统的铺膜方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9360509B2 (en) * 2006-11-17 2016-06-07 Trustees Of Boston College Nanoscale sensors with nanoporous material
US8295767B2 (en) * 2007-07-30 2012-10-23 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method of manufacturing a microradio
CN101616515B (zh) * 2008-06-27 2012-10-10 清华大学 线热源
US20100122980A1 (en) * 2008-06-13 2010-05-20 Tsinghua University Carbon nanotube heater
US20100126985A1 (en) * 2008-06-13 2010-05-27 Tsinghua University Carbon nanotube heater
US20100000669A1 (en) * 2008-06-13 2010-01-07 Tsinghua University Carbon nanotube heater
KR101328353B1 (ko) * 2009-02-17 2013-11-11 (주)엘지하우시스 탄소나노튜브 발열시트
US20100252317A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Formfactor, Inc. Carbon nanotube contact structures for use with semiconductor dies and other electronic devices
TWI400985B (zh) * 2009-04-30 2013-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 面熱源的製備方法
CN101991364B (zh) * 2009-08-14 2013-08-28 清华大学 电烤箱
CN103167645B (zh) 2011-12-09 2015-06-10 北京富纳特创新科技有限公司 加热垫的制备方法
US8551310B2 (en) * 2011-12-16 2013-10-08 Chung-Shan Institute of Science and Technology, Armaments Bureau, Dept. of National Defense Method for making a nano-composite gas sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101636001A (zh) * 2008-07-25 2010-01-27 清华大学 立体热源
TW201039673A (en) * 2009-04-30 2010-11-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Planar heater
CN101998706A (zh) * 2009-08-14 2011-03-30 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 碳纳米管织物及应用该碳纳米管织物的发热体
CN102115071A (zh) * 2009-12-31 2011-07-06 清华大学 铺膜系统及使用该铺膜系统的铺膜方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9167627B2 (en) 2015-10-20
US20130284345A1 (en) 2013-10-31
US20130284695A1 (en) 2013-10-31
US9173250B2 (en) 2015-10-27
CN103379680A (zh) 2013-10-30
TWI484059B (zh) 2015-05-11
TW201343950A (zh) 2013-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103379680B (zh) 加热垫的制备方法
CN103731941B (zh) 加热元件的制备方法
JP5102337B2 (ja) 電歪複合構造体及び電歪素子
CN102372266B (zh) 碳纳米管复合结构及其制备方法
CN103167645B (zh) 加热垫的制备方法
CN105329872A (zh) 碳纳米管阵列的转移方法及碳纳米管结构的制备方法
CN104944406B (zh) 碳纳米管结构的制备方法
CN104944409B (zh) 碳纳米管阵列的转移方法及碳纳米管结构的制备方法
CN101604727A (zh) 电致伸缩复合材料及其制备方法
CN101540251B (zh) 场发射电子源
CN101616515B (zh) 线热源
Chang et al. Soft actuators based on carbon nanomaterials
CN101616513B (zh) 线热源
CN103379681B (zh) 加热垫
Zhao et al. Carbon nanotube based composites film heater for de-icing application
CN101912848B (zh) 电致动清洁装置
KR20110121759A (ko) 탄소나노튜브 얀을 이용한 투명히터 및 그 제조 방법
KR20170129015A (ko) 금속 나노와이어를 이용한 유연 투명 전극 및 그 저온 공정 제작법
CN110028056B (zh) 碳纳米管材料的自修复方法、碳纳米管复合材料及其应用
CN103187217B (zh) 碳纳米管发射体
KR102430862B1 (ko) 형상기억 고분자 복합재의 제조방법
CN103187219B (zh) 碳纳米管发射体的制备方法
TWI394302B (zh) 電致伸縮複合材料及電致伸縮元件
CN101616512B (zh) 线热源
CN101636009B (zh) 空心热源的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant