TWI382782B - 空心熱源的製備方法 - Google Patents

Description

空心熱源的製備方法

本發明涉及一種空心熱源的製備方法，尤其涉及一種基於奈米碳管的空心熱源的製備方法。

熱源在人們的生產、生活、科研中起著重要的作用。空心熱源係熱源的一種，其特點為空心熱源具有一空心結構，將待加熱物體設置於該空心結構的空心中對物體進行加熱，故，空心熱源可對待加熱物體的各個部位同時加熱，加熱面廣、加熱均勻且效率較高。空心熱源已成功用於工業領域、科研領域或生活領域等，如工廠管道、實驗室加熱爐或廚具電烤箱等。

空心熱源的基本結構通常包括基底和設置在基底上的電熱層，通過在電熱層中通入電流產生焦耳熱使電熱層的溫度升高進而加熱物體。先前的空心熱源的電熱層通常採用金屬絲，如鉻鎳合金絲、銅絲、鉬絲或鎢絲等通過鋪設或纏繞的方式形成。然而，採用金屬絲作為電熱層具有以下缺點：其一，金屬絲表面容易被氧化，導致局部電阻增加，從而被燒斷，故使用壽命短；其二，金屬絲為灰體輻射，故，熱輻射效率低，輻射距離短，且輻射不均勻；其三，金屬絲密度較大，重量大，使用不便。

為解決金屬絲作為電熱層存在的問題，碳纖維因為其具有良好的黑體輻射性能，密度小等優點成為電熱層材料研究的熱點(請參見“Development Foreground and Market Analyze of Carbon Fiber”,Wang Hai-ying,Hi-Tech Fiber & Application,Vol8,P765(2007))。碳纖維作為電熱層時，通常以碳纖維紙的形式存在。所述碳纖維紙包括紙基材和雜亂分佈於該紙基材中的瀝青基碳纖維。其中，紙基材包括纖維素纖維和樹脂等的混合物，瀝青基碳纖維的直徑為3~6毫米，長度為5~20微米。

所述碳纖維紙的製備方法包括以下步驟：把合成纖維或纖維素纖維切成3~6毫米的短纖維；按比例稱重瀝青基碳纖維和紙基材，並倒入打漿池中，再加入水，使紙漿濃度為0.5~0.8%，進行打漿，使碳纖維和紙基材全部溶散開，打漿一般為2~4小時，溫度控制在25~40℃；在紙漿中加入0.2~2%的松香，加入2~6%的聚乙烯醇，並充分攪拌，均勻混合；採用先前的造紙工藝進行抄紙，並烘乾收卷。

然而，先前技術製備空心熱源的方法具有以下不足：第一，加熱層採用碳纖維紙，碳纖維紙的製備工藝複雜，且需要先前的造紙工藝使用的紙基材，成本較高。第二，採用造紙工藝製備的碳纖維紙厚度較大，故採用該方法無法製備微型空心熱源。

有鑒於此，提供一種工藝簡單，成本低廉，且可用於製備微型空心熱源的製備方法實為必要。

一種空心熱源的製備方法，其具體包括以下步驟：提供一空心基底；製備一奈米碳管結構，將該奈米碳管結構 設置於所述空心基底的表面；間隔形成兩個電極，所述兩個電極與所述奈米碳管結構形成電連接，形成一空心熱源。

相較與先前技術，本技術方案實施例所提供的空心熱源的製備方法工藝簡單，成本低廉，可用於製備微型空心熱源，且該方法製備的空心熱源具有以下優點：第一，奈米碳管的直徑較小，使得奈米碳管層具有較小的厚度，可製備微型空心熱源，應用於微型器件的加熱。第二，奈米碳管比碳纖維具有更小的密度，故，採用奈米碳管層的空心熱源具有更輕的重量，使用方便。第三，所述之奈米碳管層具有較低的電阻，且奈米碳管的電熱轉換效率高，熱阻率低，故該空心熱源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快的特點。

以下將結合附圖詳細說明本技術方案提供的空心熱源的製備方法。

請參見圖1及圖2，本技術方案實施例提供一種空心熱源100，該空心熱源100包括一空心基底102；一奈米碳管結構104，該奈米碳管結構104設置於空心基底102的表面，本實施例中奈米碳管結構104設置於空心基底102的內表面；一反射層108，該反射層108位於奈米碳管結構104的外圍，本實施例中，反射層108設置於空心基底102的外表面；一第一電極110及一第二電極112，第一電極110和第二電極112間隔設置於奈米碳管結構104的表面，並分別與奈米碳管結構104電連接；一絕緣保護層 106，該絕緣保護層106設置於奈米碳管結構104的表面，本實施例中，絕緣保護層106設置於奈米碳管結構104的內表面。

請參閱圖2，本技術方案實施例提供一種空心熱源100的製備方法，其主要包括以下步驟：步驟一，提供一空心基底102。

所述空心基底102的材料不限，用於支撐奈米碳管結構104，可為硬性材料，如：陶瓷、玻璃、樹脂、石英、塑膠等。空心基底102亦可選擇柔性材料，如：樹脂、橡膠、塑膠或柔性纖維等。當空心基底102為柔性材料時，該空心熱源100在使用時可根據需要彎折成任意形狀。所述空心基底102的形狀大小不限，其具有一空心結構即可，可為管狀、球狀、長方體狀等，可為全封閉結構，也可為半封閉結構，其具體可根據實際需要進行改變。空心基底102的橫截面的形狀亦不限，可為圓形、弧形、長方形等。本實施例中，空心基底102為一空心陶瓷管，其橫截面為一圓形。

步驟二，製備一奈米碳管結構104。

所述奈米碳管結構104包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管結構104中的奈米碳管有序排列或無序排列。具體的，所述之奈米碳管結構104包括奈米碳管有序膜、奈米碳管長線結構、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管絮化膜等。

根據奈米碳管結構104的不同，所述奈米碳管結構104的 製備方法包括：直接拉膜法、碾壓法、絮化法等。下面將對上述幾種奈米碳管結構104的製備方法進行分別敘述。

(一)採用奈米碳管有序膜的奈米碳管結構104的製備方法，包括以下步驟：首先，提供一奈米碳管陣列形成於一基底，該陣列為超順排的奈米碳管陣列。

該奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本技術方案實施例優選為採用4英寸的矽基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700℃~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500℃~740℃，然後通入碳源氣體反應約5分鐘~30分鐘，生長得到奈米碳管陣列。該奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條件，該定向排列的奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。

本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列及多壁奈米碳管陣列中的一種。所述奈米碳管的直徑為1~50奈米，長度大於50微米。 本實施例中，奈米碳管的長度優選為100~900微米。

本技術方案實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等碳氫化合物，本技術方案實施例優選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本技術方案實施例優選的保護氣體為氬氣。

可以理解，本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法，也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法、鐳射蒸發沈積法等。

其次，採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取奈米碳管獲得至少一奈米碳管有序膜。

該奈米碳管薄膜的製備過程具體包括以下步驟：該奈米碳管薄膜係從超順排奈米碳管陣列中直接拉取獲得，其製備方法具體包括以下步驟：(a)採用一拉伸工具選取該超順排奈米碳管陣列中的部分奈米碳管，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的部分奈米碳管；(b)以一定的速度沿基本垂直於超順排奈米碳管陣列生長方向拉伸該部分奈米碳管，形成一連續的奈米碳管有序膜。

請參見圖4，在上述拉伸過程中，在拉力作用下超順排奈米碳管陣列中的部分奈米碳管沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦而力作用，該超順排奈米碳管陣列中的其他奈米碳管首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管有序膜。該奈米碳管有序膜包括複數個奈米碳管首尾相連且沿拉伸方向定向排列。該奈米碳管有序膜的 寬度與超順排奈米碳管陣列的尺寸(直徑/寬度)有關，該奈米碳管有序膜的厚度與超順排奈米碳管陣列的高度有關。

最後，利用上述奈米碳管有序膜製備奈米碳管結構104。

該奈米碳管有序膜可作為一奈米碳管結構104使用。

進一步，還可將至少兩個奈米碳管有序膜平行無間隙或/和重疊鋪設得到一奈米碳管結構104。該多層奈米碳管結構104中，奈米碳管有序膜的層數不限，且相鄰兩層奈米碳管有序膜之間具有一交叉角度α，0 α 90度，具體可依據實際需求製備。

本實施例中，進一步包括用有機溶劑處理奈米碳管結構104的步驟，該有機溶劑為揮發性有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合，本實施例中的有機溶劑採用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管結構104表面浸潤整個奈米碳管結構104，或者，也可將上述奈米碳管結構104浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。所述之奈米碳管結構104經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管有序膜中平行的奈米碳管會部分聚集成奈米碳管束。故，該奈米碳管結構104表面體積比小，無黏性，且具有良好的機械強度及韌性。

(二)採用奈米碳管長線結構的奈米碳管結構104的製備方法，方法包括以下步驟： 首先，製備至少一奈米碳管長線。

所述奈米碳管長線結構包括至少一個奈米碳管長線，所述之奈米碳管長線包括複數個奈米碳管首尾相連且沿該奈米碳管長線軸向/長度方向擇優取向排列。具體地，該奈米碳管長線中奈米碳管沿該奈米碳管長線軸向/長度方向平行排列或呈螺旋狀排列。該奈米碳管長線中奈米碳管通過凡德瓦而力緊密結合。請參見圖5，該奈米碳管長線中奈米碳管沿該奈米碳管長線軸向/長度方向平行排列。請參見圖6，該奈米碳管長線中奈米碳管沿該奈米碳管長線軸向/長度方向呈螺旋狀排列。

所述奈米碳管長線的製備方法為：從上述超順排的奈米碳管陣列中選取一定寬度的複數個奈米碳管，採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中直接拉取奈米碳管，以形成一奈米碳管有序膜，再經過有機溶劑處理後獲得。

所述奈米碳管長線的製備方法進一步包括：採用一機械外力將上述奈米碳管長線或者上述的奈米碳管有序膜扭轉形成一奈米碳管長線。

其次，採用該奈米碳管長線製備一奈米碳管長線結構。

將複數個奈米碳管長線平行且緊密設置，得到一束狀奈米碳管長線結構。進一步，採用一機械外力將該束狀奈米碳管長線結構擰成絞線狀奈米碳管長線結構。

(三)採用奈米碳管碾壓膜的奈米碳管結構104的製備方法，包括以下步驟： 首先，提供一奈米碳管陣列形成於一基底，該陣列為定向排列的奈米碳管陣列。

所述奈米碳管陣列優選為一超順排的奈米碳管陣列。所述奈米碳管陣列與上述奈米碳管陣列的製備方法相同。

其次，採用一施壓裝置，擠壓上述奈米碳管陣列獲得一奈米碳管碾壓膜。

該施壓裝置施加一定的壓力於上述奈米碳管陣列上。在施壓的過程中，奈米碳管陣列在壓力的作用下會與生長的基底分離，從而形成由複數個奈米碳管組成的具有自支撐結構的奈米碳管碾壓膜，且所述之複數個奈米碳管基本上與奈米碳管碾壓膜的表面平行。

本技術方案實施例中，施壓裝置為一壓頭，壓頭表面光滑，壓頭的形狀及擠壓方向決定製備的奈米碳管碾壓膜中奈米碳管的排列方式。具體地，當採用平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列生長的基底的方向擠壓時，可獲得奈米碳管為各向同性排列的奈米碳管碾壓膜；當採用滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓時，可獲得奈米碳管沿該固定方向取向排列的奈米碳管碾壓膜；當採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓時，可獲得奈米碳管沿不同方向取向排列的奈米碳管碾壓膜。

可以理解，當採用上述不同方式擠壓上述的奈米碳管陣列時，奈米碳管會在壓力的作用下傾倒，並與相鄰的奈米碳管通過凡德瓦而力相互吸引、連接形成由複數個奈米碳管組成的具有自支撐結構的奈米碳管碾壓膜。所述 之複數個奈米碳管與該奈米碳管碾壓膜的表面成一夾角α，其中，α大於等於零度且小於等於15度(0 α 15°)。依據碾壓得方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管可沿一固定方向擇優取向排列，請參閱圖7；或沿不同方向擇優取向排列，請參閱圖8。另外，在壓力的作用下，奈米碳管陣列會與生長的基底分離，從而使得該奈米碳管碾壓膜容易與基底脫離。

本技術領域技術人員應明白，上述奈米碳管陣列的傾倒程度(傾角)與壓力的大小有關，壓力越大，傾角越大。製備的奈米碳管碾壓膜的厚度取決於奈米碳管陣列的高度以及壓力大小。奈米碳管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越大；反之，奈米碳管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越小。該奈米碳管碾壓膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管碾壓膜的長度不限，可根據實際需求制得。本技術方案實施例中獲得的奈米碳管碾壓膜，該奈米碳管碾壓膜的厚度為1微米~2毫米。

上述奈米碳管碾壓膜中包括複數個沿同一方向或擇優取向排列的奈米碳管，所述奈米碳管之間通過凡德瓦而力相互吸，故該奈米碳管碾壓膜具有很好的韌性。該奈米碳管碾壓膜中，奈米碳管均勻分佈，規則排列。

可以理解，該奈米碳管碾壓膜的具有一定的厚度，且通過奈米碳管陣列的高度以及壓力大小可控制其厚度。故該奈米碳管碾壓膜可直接作為一奈米碳管結構104使用。 (四)採用奈米碳管絮化膜的奈米碳管結構104的製備方 法，包括以下步驟：首先，提供一奈米碳管原料。

所述奈米碳管原料可為通過化學氣相沈積法、石墨電極恒流電弧放電沈積法或鐳射蒸發沈積法等各種方法製備的奈米碳管。

本實施例中，採用刀片或其他工具將上述定向排列的奈米碳管陣列從基底刮落，獲得一奈米碳管原料。優選地，所述之奈米碳管原料中，奈米碳管的長度大於100微米。

其次，將上述奈米碳管原料添加到一溶劑中並進行絮化處理獲得一奈米碳管絮狀結構，將上述奈米碳管絮狀結構從溶劑中分離，並對該奈米碳管絮狀結構定型處理以獲得一奈米碳管薄膜。

本技術方案實施例中，溶劑可選用水、易揮發的有機溶劑等。絮化處理可通過採用超聲波分散處理或高強度攪拌等方法。優選地，本技術方案實施例採用超聲波分散10分鐘~30分鐘。由於奈米碳管具有極大的比表面積，相互纏繞的奈米碳管之間具有較大的凡德瓦爾力。上述絮化處理並不會將該奈米碳管原料中的奈米碳管完全分散在溶劑中，奈米碳管之間通過凡德瓦而力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構。

本技術方案實施例中，所述之分離奈米碳管絮狀結構的方法具體包括以下步驟：將上述含有奈米碳管絮狀結構 的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置乾燥一段時間從而獲得一分離的奈米碳管絮狀結構，圖9為該奈米碳管絮狀結構的照片。

本技術方案實施例中，所述之奈米碳管絮狀結構的定型處理過程具體包括以下步驟：將上述奈米碳管絮狀結構置於一容器中；將該奈米碳管絮狀結構按照預定形狀攤開；施加一定壓力於攤開的奈米碳管絮狀結構；以及，將該奈米碳管絮狀結構中殘留的溶劑烘乾或等溶劑自然揮發後獲得一奈米碳管絮化膜，圖10為該奈米碳管絮化膜的照片。

可以理解，本技術方案實施例可通過控制該奈米碳管絮狀結構攤開的面積來控制該奈米碳管絮化膜的厚度和面密度。奈米碳管絮狀結構攤開的面積越大，則該奈米碳管絮化膜的厚度和面密度就越小。本技術方案實施例中獲得的奈米碳管絮化膜，該奈米碳管絮化膜的厚度為1微米-2毫米。

另，上述分離與定型處理奈米碳管絮狀結構的步驟也可直接通過抽濾的方式實現，具體包括以下步驟：提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有奈米碳管絮狀結構的溶劑經過該微孔濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾並乾燥後獲得一奈米碳管絮化膜。該微孔濾膜為一表面光滑、孔徑為0.22微米的濾膜。由於抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用於該奈米碳管絮狀結構，該奈米碳管絮狀結構經過抽濾會直接形成一均勻的奈米碳管絮化膜。且，由於微孔濾膜表面光滑，該奈米碳管絮化膜容易剝離 。

請參見圖11，上述奈米碳管絮化膜中包括相互纏繞的奈米碳管，所述奈米碳管之間通過凡德瓦而力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構，故該奈米碳管絮化膜具有很好的韌性。該奈米碳管絮化膜中，奈米碳管為各向同性，均勻分佈，無規則排列。

可以理解，該奈米碳管絮化膜的具有一定的厚度，且通過控制該奈米碳管絮狀結構攤開的面積以及壓力大小可控制其厚度。故該奈米碳管絮化膜可直接作為一奈米碳管結構104使用。

步驟三，將該奈米碳管結構104設置於所述空心基底102的表面。

將上述奈米碳管結構104設置於所述空心基底102表面的方法為：由於奈米碳管結構104具有黏性，故可將一奈米碳管結構104直接黏附於所述空心基底102內表面。或者，也可通過黏結劑將一奈米碳管結構104固定於所述反射層210表面。所述黏結劑為矽膠。

所述奈米碳管結構104的設置方式與該奈米碳管結構104的具體結構有關。當奈米碳管結構104包括奈米碳管有序膜或包括奈米碳管碾壓膜，且奈米碳管碾壓膜中奈米碳管沿同一方向或不同方向擇優取向排列時，需保證該奈米碳管結構104中的部分奈米碳管由空心基底102的一端向另一端排列。當奈米碳管結構104包括絮化膜或包括奈米碳管碾壓膜，且奈米碳管碾壓膜中奈米碳管各向同性 時，所述奈米碳管結構104的設置方式不限。當奈米碳管結構104包括奈米碳管長線時，可將單個奈米碳管長線螺旋鋪設於空心基底102的內表面或將複數個奈米碳管長線平行或交叉設置於空心基底102的內表面。可以理解，當將複數個奈米碳管長線平行設置於空心基底102的表面時，奈米碳管長線需沿空心基底102的長度方向設置。本實施例中，優選地，奈米碳管結構104採用重疊且交叉設置的100層奈米碳管有序膜，相鄰兩層奈米碳管有序膜之間交叉的角度為90度。該奈米碳管結構104中奈米碳管有序膜的長度為5厘米，奈米碳管有序膜的寬度為3厘米，奈米碳管有序膜的厚度為50微米。利用奈米碳管結構104本身的黏性，將該奈米碳管結構104黏附於於所述空心基底102的表面。可以理解，奈米碳管結構104可設置於空心基底102的內表面或外表面，本實施例中，奈米碳管結構104設置於空心基底102的內表面。

奈米碳管具有良好的導電性能以及熱穩定性，作為一理想的黑體結構，且具有比較高的熱輻射效率。故該奈米碳管結構104可作為空心熱源100的加熱層。

步驟四，間隔形成兩個電極，該兩個電極與該奈米碳管結構104形成電連接，形成一空心熱源100。

本實施例中，所述之兩個電極分別為第一電極110和第二電極112。所述之第一電極110和第二電極112的設置方式與奈米碳管結構104有關，需保證奈米碳管結構104中的部分奈米碳管沿著第一電極110向第二電極112的方向延伸。

所述第一電極110和第二電極112可設置於空心基底102的兩端，分別與奈米碳管結構電連接。所述之第一電極110和第二電極112也可設置在奈米碳管結構104的同一表面上或不同表面上。其中，第一電極110和第二電極112之間相隔設置，以使奈米碳管結構104應用於空心熱源100時接入一定的阻值避免短路現象產生。奈米碳管結構104本身有很好的黏附性與導電性，故第一電極110和第二電極112可與奈米碳管結構104之間形成很好的電接觸。

所述第一電極110和第二電極112為導電薄膜、金屬片或者金屬引線。該導電薄膜的材料可為金屬、合金、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物(ATO)、導電銀膠、導電聚合物等。該導電薄膜可通過物理氣相沈積法，化學氣相沈積法或其他方法形成於奈米碳管結構104表面。該金屬片可為銅片或鋁片等。該金屬片或者金屬引線可通過導電黏結劑固定於奈米碳管結構104表面。

所述第一電極110和第二電極112還可為一金屬性奈米碳管層。該奈米碳管層設置於奈米碳管結構104的表面。該奈米碳管層可通過其自身的黏性或導電黏結劑固定於奈米碳管結構104的表面。該奈米碳管層包括定向排列且均勻分佈的金屬性奈米碳管。具體地，該奈米碳管層包括至少一有奈米管序碳膜或至少一奈米碳管長線。

本實施例中，優選地，將兩個奈米碳管有序膜分別設置於沿空心基底102長度方向的兩端作為第一電極110和第二電極112。該兩個奈米碳管有序膜環繞於奈米碳管結構 104的外表面，並通過導電黏結劑與奈米碳管結構104之間形成電接觸。所述導電黏結劑優選為銀膠。由於本實施例中的奈米碳管結構104與電極均採用奈米碳管有序膜，可降低奈米碳管結構104與第一電極110和第二電極112之間的歐姆接觸電阻，從而提高空心熱源100對電能的利用率。

空心熱源100的製備方法還可進一步包括一形成一反射層108於奈米碳管結構104的外圍的步驟。

於奈米碳管結構104的外圍形成一反射層108可通過塗覆或鍍膜的方法實現。所述反射層108用於反射奈米碳管結構104所發出的熱量，使其有效地對空心基底102內部空間加熱，故，反射層108位於奈米碳管結構104外圍。可以理解，當奈米碳管結構104位於空心基底102的內表面時，反射層108設置於奈米碳管結構104與空心基底102之間或者設置於空心基底102的內表面；當奈米碳管結構104位於空心基底102的外表面時，反射層108設置於奈米碳管結構104的外表面。所述反射層108的材料為一白色絕緣材料，如：金屬氧化物、金屬鹽或陶瓷等。本實施例中，反射層108材料優選為三氧化二鋁，其厚度為100微米~0.5毫米，其設置於空心基底102的外表面。反射層108為一可選結構，故本步驟為一可選步驟。

空心熱源100的製備方法還可進一步包括一形成一絕緣保護層106於所述奈米碳管結構104的表面的步驟。

所述絕緣保護層106用來防止該空心熱源100在使用時與 外界形成電接觸，同時還可防止奈米碳管結構104吸附外界雜質，故，絕緣保護層位於奈米碳管結構104與外界接觸的表面。可以理解，當奈米碳管結構104的內表面可與外界接觸時，絕緣保護層設置於奈米碳管結構104的內表面；當奈米碳管結構104的外表面可與外界接觸時，絕緣保護層設置於奈米碳管結構104的外表面。所述絕緣保護層106的材料為一絕緣材料，如：橡膠、樹脂等。所述絕緣保護層106厚度不限，可根據實際情況選擇。本實施例中，該絕緣保護層106的材料採用橡膠，其厚度為0.5~2毫米，其設置於奈米碳管結構104的內表面。該絕緣保護層106可通過塗敷或包裹的方法形成於奈米碳管結構104的表面。可以理解，空心熱源100中絕緣保護層106為一可選結構，故該本步驟為一可選步驟。

本技術方案實施例所提供的空心熱源的製備方法工藝簡單，成本低廉，可用於製備微型空心熱源，且該方法製備的空心熱源具有以下優點：第一，奈米碳管的直徑較小，使得奈米碳管結構具有較小的厚度，可製備微型空心熱源，應用於微型器件的加熱。第二，奈米碳管比碳纖維具有更小的密度，故，採用奈米碳管結構的空心熱源具有更輕的重量，使用方便。第三，所述之奈米碳管結構具有較低的電阻，且奈米碳管的電熱轉換效率高，熱阻率低，故該空心熱源具有升溫迅速、熱滯後小、熱交換速度快的特點。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例 ，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧空心熱源

102‧‧‧空心基底

104‧‧‧加熱層

106‧‧‧絕緣保護層

108‧‧‧反射層

110‧‧‧第一電極

112‧‧‧第二電極

圖1為本技術方案實施例所提供的空心熱源的結構示意圖。

圖2為圖1中沿Ⅱ-Ⅱ線的剖面示意圖。

圖3為本技術方案實施例的空心熱源的製備方法流程圖。

圖4為本技術方案實施例的奈米碳管有序膜的掃描電鏡照片。

圖5為本技術方案實施例的束狀結構的奈米碳管長線的掃描電鏡照片。

圖6為本技術方案實施例的絞線結構的奈米碳管長線的掃描電鏡照片。

圖7為本技術方案實施例的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖8為本技術方案實施例奈米碳管沿不同方向擇優取向排列的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖9為本技術方案實施例的奈米碳管絮狀結構的照片。

圖10為本技術方案實施例的奈米碳管絮化膜的照片。

圖11為本技術方案實施例的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

Claims (17)

1. 一種空心熱源的製備方法，其包括以下步驟：提供一空心基底；製備一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括多個有序排列的奈米碳管；將該奈米碳管結構設置於所述空心基底的表面；以及間隔形成兩個電極，該兩個電極與該奈米碳管結構形成電連接，形成一空心熱源。
2. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述將奈米碳管結構設置於所述空心基底表面的方法為：將奈米碳管結構黏附於所述空心基底表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述將奈米碳管結構黏附於所述空心基底表面的方法為：通過奈米碳管結構自身的黏性或黏結劑將該奈米碳管結構黏附於所述空心基底表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述之電極設置在奈米碳管結構的同一表面或不同表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述電極為導電膜，該導電膜通過物理氣相沈積法或化學氣相沈積法形成於該奈米碳管結構表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述電極為金屬片或金屬引線，並通過導電黏結劑將該電極固定於奈米碳管結構表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中 ，進一步包括形成一反射層於奈米碳管結構的外圍的步驟，該反射層的材料為金屬氧化物、金屬鹽或陶瓷。
8. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，進一步包括一形成一絕緣保護層於所述奈米碳管結構的表面的步驟，所述絕緣保護層材料為橡膠或樹脂。
9. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述之奈米碳管結構包括至少一個奈米碳管有序膜，所述奈米碳管有序膜的製備方法具體包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列形成於一基底；從上述奈米碳管陣列中選定複數個奈米碳管；以及以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複數個奈米碳管，形成至少一奈米碳管有序膜。
10. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述製備一奈米碳管結構的方法進一步包括一將至少兩個奈米碳管有序膜平行無間隙或/和重疊鋪設得到一奈米碳管結構的步驟。
11. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述之奈米碳管結構包括至少一個奈米碳管長線，且奈米碳管長線包括複數個奈米碳管沿奈米碳管長線的軸向/長度方向擇優取向排列。
12. 如申請專利範圍第11項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述奈米碳管長線的製備方法包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列形成於一基底；從上述奈米碳管陣列中選取一定寬度的複數個奈米碳管，以及採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中直接拉取該複數個奈米碳管，以形成至少一奈米碳管有序膜；經過有機溶劑處理後獲得奈米碳管長線。
13. 如申請專利範圍第11項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述奈米碳管長線的製備方法包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列形成於一基底；從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管；以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複數個奈米碳管，以形成至少一奈米碳管有序膜；以及採用一機械外力將該奈米碳管有序膜扭轉形成奈米碳管長線。
14. 如申請專利範圍第1項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述之奈米碳管結構包括奈米碳管碾壓膜，所述之奈米碳管碾壓膜的製備方法包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列形成於一基底；以及採用一施壓裝置，擠壓上述奈米碳管陣列獲得一奈米碳管碾壓膜。
15. 一種空心熱源的製備方法，其包括以下步驟：提供一空心基底；提供一奈米碳管原料；將上述奈米碳管原料添加到一溶劑中並進行絮化處理獲得一奈米碳管絮狀結構；將上述奈米碳管絮狀結構從溶劑中分離，並對該奈米碳管絮狀結構定型處理以獲得一奈米碳管薄膜；將該奈米碳管薄膜設置於所述空心基底的表面；以及間隔形成兩個電極，該兩個電極與該奈米碳管薄膜形成電連接，形成一空心熱源。
16. 如申請專利範圍第15項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述之奈米碳管絮狀結構的定型處理過程具體包括以下步驟：將該奈米碳管絮狀結構按照預定形狀攤開；施加一定壓力於攤開的奈米碳管絮狀結構；以及，將該奈米碳管 絮狀結構中殘留的溶劑烘乾或等溶劑自然揮發後獲得一奈米碳管絮化膜。
17. 如申請專利範圍第15項所述之空心熱源的製備方法，其中，所述分離與定型處理奈米碳管絮狀結構的步驟也可直接通過抽濾的方式實現，具體包括以下步驟：提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有奈米碳管絮狀結構的溶劑經過該微孔濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾並乾燥後獲得一奈米碳管絮化膜。