CN202160293U - 纳米陶瓷电热涂层装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纳米陶瓷电热涂层装置，该装置包含绝缘基座、纳米电热薄膜以及导电接点，纳米电热薄膜由介电材料、纳米导电热材料以及固化材料所组成，二导电接点设置于纳米电热薄膜上，用以透过导线连接电源的正极及负极。进一步可以在电源及导热接点之间设置一温控装置，以控制加热的电流的通路或断路，本实用新型高电热能转换效率，在短时间能达到加热的功效，而可以节省电能、减少原有电热丝或加热管的重量，并间接减少后续的输送成本。

Description

纳米陶瓷电热涂层装置

技术领域

本实用新型涉及一种纳米陶瓷电热涂层装置，尤其是利用由薄膜态的陶瓷介电材料及纳米导电热材料组成的纳米电热薄膜，增加有效导电率并且降低电阻值来快速地加热。

背景技术

电发热技术从创作至今已经超过百年，主要加热的主要装置为电热丝，制作电热丝的电热合金材料可分为二大类：一类是铁铬铝合金系列，另一类是镍铬合金系列。铁铬铝合金(1Cr13Al40 Cr25Al5 0Cr21Al60Cr21Al6Nb 0Cr27Al7Mo2等)系列其使用温度高，最高使用温度可达1400度，使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、电阻率高，价格便宜等优点。同时也有明显的缺点，主要是高温强度低，随着使用温度升高其塑性增大，组件易变形，不易弯曲和修复。

镍铬电热合金(Cr20Ni80)系列最主要的优点是：高温时其抗张强度，虽然较“铁铬铝”材质为高，高温使用下不易变形，其结构不易改变，塑性较好，易修复，其辐射率高，无磁性，耐腐蚀性强，使用寿命长等。但其相对的缺点是：由于采用较为稀缺且价格较高的镍金属材料制成，故该系列产品价格高出铁铬铝最多达几倍，使用温度也较铁铬铝合金低。

无论哪一种电热丝它们的发热机理是相同的，其电热转换效率很难突破90％的电热转换效率，也就是电热丝通电时，产生的热能量与所消耗的电能量的比值，另外，传统电热丝因为熔点高达1300℃以上，所以生产时需要加温到熔点以上的温度，能耗非常大，同时防止重金属污染也将提高成本。所以传统电热丝的综合能耗相当巨大，在节能、环保呼声日益高涨的今天，需要一种能耗效率更高、成本更低、应用方法更简单的电发热技术。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种纳米陶瓷电热涂层装置。

本实用新型所述的纳米陶瓷电热涂层装置包含一绝缘基座、纳米电热薄膜以及至少二导电接点，绝缘基座可以为平板状、管状、柱状，纳米电热薄膜设置于绝缘基座的一表面上，是由介电材料、纳米导电热材料以及固化材料所组成，至少二导电接点设置于该纳米电热薄膜上，用以透过导线连接一电源的正极及负极，当该至少二导电接点透过导线与电源的正极及负极连接时，纳米电热薄膜能够迅速的产生热能。

该纳米电热薄膜中的介电材料的介电常数在900～1800W/M的范围，包含钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、锆钛酸铅(Pb(ZrTi)O3，PZT)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)等，作为产生阻抗发热的物质，而纳米导电热材料主要为纳米碳管或石墨烯，用以快速地将热导入/输出，固化材料为氧化铁、氧化铝、氧化铬、氧化钠、氧化钾、氧化硅、氧化锶的至少其中之一，其中该介电材料占总重量的10％～35％，而纳米导电热材料占总重量的30～60％，使该纳米电热膜20的总电阻率在4×10-4Ω·cm以下，该纳米导电热材料及该介电材料可以依照所需的发热功率来调整比例，而该绝缘基座的材料也可依照所需发热的温度产生范围来选择。该至少二导电接点可以为银胶、铜胶、金胶、碳胶、石墨胶等各种导电胶所形成。

该装置进一步包含一温控装置，该控制芯片与电源的正负极连接，并透过导线与至少二导电接点连接，用以侦测该纳米电热薄膜的温度，并控制电流的开路或断路，以免造成过热。

本实用新型的特点在于，纳米电热薄膜为准纳米级的金属氧化物透明导电膜，具有优良的耐酸碱腐蚀、与石英、黄玉相当的高硬度、电阻率低至4×10-4Ω·cm以下、功率密度可达40W/cm2、可见光透过率大于93％、安全工作温度高达650℃、使用寿命长达5万小时、将近98.2％的电热能转换效率，且制作过程只需要低于800℃的工业中温环境，与现有技术的镍铁铝等合金所制程的加热管或电热丝相比，本实用新型具有，能够在短时间达到瞬间加热的功效，而可以节省电能，而可以大量使用于工业用或家庭用的电器加热装置中，例如洗衣机的加热管、热水壶、电炉等。更进一步地，此装置所占的体积更小，而能减少原有电热丝或加热管的重量，有助于产品轻量的设计，并间接制作过程的功耗及减少后续的输送成本。

附图说明

图1为本实用新型的纳米陶瓷电热涂层装置第一实施例的剖面示意图。

图2为本实用新型的纳米陶瓷电热涂层装置第二实施例的剖面示意图。

具体实施方式

以下配合说明书附图对本实用新型的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。

参阅图1，为本实用新型的纳米陶瓷电热涂层装置第一实施例的剖面示意图。如图1所示，本实用新型的纳米陶瓷电热涂层装置1包含一绝缘基座10、一纳米电热薄膜20以及至少二导电接点30，绝缘基座10可以为平板状、管状、柱状，纳米电热薄膜20设置于绝缘基座10的一表面上，是由一介电材料、一纳米导电热材料以及一固化材料所组成，至少二导电接点30设置于该纳米电热薄膜20上，用以透过导线连接一电源的正极及负极，当该至少二导电接点30透过导线与电源的正极及负极连接时，纳米电热薄膜20能够迅速的产生热能。

该纳米电热薄膜20中的介电材料，介电常数在900～1800W/M的范围，主要为钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅、氮化铝、碳化硅等，作为产生阻抗发热的物质，而纳米导电热材料主要为纳米碳管或石墨烯，用以快速地将热导入/输出，固化材料为氧化铁、氧化铝、氧化铬、氧化钠、氧化钾、氧化硅、氧化锶的至少其中之一，其中该介电材料占总重量的10％～35％，而纳米导电热材料占总重量的30～60％，该纳米电热膜20的总电阻率在4×10-4Ω·cm以下。该纳米导电热材料及该介电材料可以依照所需的发热功率来调整，而该绝缘基座10的材料也可依照所需发热的温度产生范围来选择。该至少二导电接点30可以为银胶、铜胶、金胶、碳胶、石墨胶等各种导电胶所形成。

参阅图2，为本实用新型的纳米陶瓷电热涂层装置第二实施例的剖面示意图。本实用新型的第二实施例与第一实施例相比，进一步包含了一温控装置40，该温控装置40与电源的正负极连接，并透过导线与至少二导电接点30连接，用以侦测该纳米电热薄膜的温度，并控制电流的开路或断路，以免造成过热。

本实用新型的特点在于，纳米电热薄膜为准纳米级的金属氧化物透明导电膜，具有优良的耐酸碱腐蚀、与石英、黄玉相当的高硬度、电阻率低至4×10-4Ω·cm以下、功率密度可达40W/cm2、可见光透过率大于93％、安全工作温度高达650℃、使用寿命长达5万小时、将近98.2％的电热能转换效率，且制作过程只需要低于800℃的工业中温环境，与现有技术的镍铁铝等合金所制程的加热管或电热丝相比，本实用新型具有，能够在短时间达到瞬间加热的功效，而可以节省电能，而可以大量使用于工业用或家庭用的电器加热装置中，例如洗衣机的加热管、热水壶、电炉等。更进一步地，此装置所占的体积更小，而能减少原有电热丝或加热管的重量，有助于产品轻量的设计，并间接制作过程的功耗及减少后续的输送成本。

以上所述仅为用以解释本实用新型的较佳实施例，并非企图据以对本实用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本实用新型的任何修饰或变更，皆仍应包括在本实用新型意图保护的范畴。

Claims (8)

1.一种纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，包含：

一绝缘基座；

一纳米电热薄膜，设置于该绝缘基座的一表面上，由一介电材料、一纳米导电热材料以及一固化材料所组成；以及

至少二导电接点，以一导电胶所形成，设置于该纳米电热薄膜上，用以透过导线连接一电源的一正极及一负极，

其中，该介电材料占总重量的10％～35％，而该纳米导电热材料占总重量的30～60％，该纳米电热薄膜的电阻率在4×10-4Ω·cm以下。

2.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该介电材料的介电常数在900～1800W/M的范围。

3.如权利要求2所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该介电材料包含钛酸钡、钛酸锶、锆钛酸铅、氮化铝、碳化硅的至少其中之一。

4.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该纳米导电热材料包含纳米碳管以及石墨烯的至少其中之一。

5.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，进一步在该电源及该至少二导电接点之间设置一温控装置，用以感测该纳米电热薄膜的温度及控制电流的开路或断路。

6.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该绝缘基座为平板状、管状或柱状。

7.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该导电胶为银胶、铜胶、金胶、碳胶、石墨胶的至少其中之一。

8.如权利要求1所述的纳米陶瓷电热涂层装置，其特征在于，该固化材料为氧化铁、氧化铝、氧化铬、氧化钠、氧化钾、氧化硅、氧化锶的至少其中之一。

Images