TWI566803B - Infrared ray source generating device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

紅外線面光源產生裝置及其製造方法
本發明是有關一種紅外線面光源產生裝置及其製造方法，尤指一種毋需電熱體即可產生遠紅外線的紅外線面光源產生裝置以及其製造方法。
習知紅外線產生器1如圖1所示，其包含：一基體11；一電熱體12，上述電熱體12位於上述基體11上，可藉由通電而產生熱能；以及一紅外線放射體13，上述紅外線放射體13設置於上述電熱體12上，可吸收一熱能而產生紅外線，上述紅外線放射體13包含一紅外線塗料，上述紅外線塗料由石墨及碳黑所組成，且上述石墨及該碳黑的比例約為1：1~2。
上述習知紅外線產生器1需藉由將紅外線放射體13設置於一電熱體12上方，並且需將石墨及碳黑相互混合以形成上述紅外線放射體13，故具有較複雜的結構及繁複的製造方法，上揭結構及製造方法會造成製造成本的提高。
有鑑於習知紅外線裝置有其缺失，實有必要提供一種紅外線面光源產生裝置可藉由低功率能量而輻射出紅外線，並藉由簡易、低成本製程卻可進行快速生產且毋須具有電熱體即可產生遠紅外線的紅外線裝置。
本發明的主要目的在於形成一種無需額外電熱體即可發射遠紅外線的紅外線面光源產生裝置，藉由本發明紅外線面光源產生裝置的碳材料層，即使無電熱體也可產生遠紅外線，且不需如習知技術需配置紅外線塗料或混合陶瓷粉體與石墨粉體，爰是，本發明紅外線面光源產生裝置可藉由一低功率能 量即可放射出遠紅外線，進而使得本發明紅外線面光源產生裝置具有優異的紅外線放射率，尤其是一遠紅外線光區。
本發明的次要目的為提供上述紅外線面光源產生裝置的製造方法，藉由簡易製程與原料可製造出上揭紅外線面光源產生裝置，藉此降低製造成本，進而大幅提升產業應用性。
為實現前述目的，本發明一種紅外線面光源產生裝置，由一基材層與一碳材料層所構成，上述碳材料層設置於上述基材層表面上，且上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口，並藉由一外部能量，以使得上述碳材料層放射出遠紅外線。
於第一實施例中，上述碳材料層係構造成厚度小於1μm以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
於第二實施例中，上述碳材料層設置有至少一孔穴以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
於第三實施例中，上述基材層與碳材料層之間介設有一接著材，上述接著材由鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金所構成，或由一膠體以形成上述接著材。
上述接著材由鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金所構成，或由一膠體所形成上述接著材。
於第一實施例製造方法中，一種紅外線面光源產生裝置的製造方法，包含：(A)形成一基材層；(B)形成一片電阻為0.01~1000Ω/口的碳材料層於上述基材層的表面。
上述形成碳材料層的方法可為濺鍍法、真空蒸鍍法、電漿CVD法、或貼合石墨薄片等其中一種方式。
上述碳材料層厚度為小於1μm以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
於第二實施例中，上述碳材料層藉由一穿孔處裡以形成至少一孔穴於上述碳材料層中，使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
上述穿孔處理可為超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、傳統鑽孔、塑膠孔成型或化學蝕孔的其中一種加工方法。
於第三實施例中，上述步驟(A)可包含：提供一絕緣基材；於上述絕緣基材上形成一接著材於上述絕緣基材的表面上，上述絕緣基材與上述接著材共同形成一基材層。
上述接著材為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，或為一膠體所形成上述接著材。
本發明的特點在於為藉由碳材料層受到一外部能量如電源或光源，使得上述碳材料層升溫至36℃以上而放射出遠紅外線光，並藉由提供一基材層，而後於上述基材層表面上形成一碳材料層的製造方法即可製造出本發明紅外線面光源產生裝置，上接紅外線面光源產生裝置具有成本低廉、製程簡單、可廣泛應用於業界的特點。
〔習知〕
1‧‧‧紅外線產生器
11‧‧‧基體
12‧‧‧電熱體
13‧‧‧紅外線放射體
〔本發明〕
2‧‧‧紅外線面光源產生裝置
21‧‧‧基材層
21a‧‧‧絕緣基材
21b‧‧‧接著材
22‧‧‧碳材料層
23‧‧‧孔穴
30‧‧‧能量
30a‧‧‧電源
30b‧‧‧光源
圖1為習知紅外線產生器之結構示意圖；圖2A為本發明紅外線面光源產生裝置的第一實施例之結構示意圖； 圖2B為本發明紅外線面光源產生裝置第二實施例之結構示意圖；圖3A為本發明紅外線面光源產生裝置第三實施例之結構示意圖；圖3B為本發明紅外線面光源產生裝置第四實施例之結構示意圖；圖4為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之第一實施例流程圖；圖5為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之第一實施例結構示意圖；圖6為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之另一較佳實施方式之第一實施例流程圖；圖7為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之另一第一實施例之結構示意圖；圖8為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之第二實施例流程圖；圖9為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之第二實施例結構示意圖；圖10為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之另一第二實施例流程圖；圖11為本發明紅外線面光源產生裝置的製造方法之另一第二實施例結構示意圖；圖12為本發明紅外線面光源產生裝置之使用示意圖；圖13為本發明紅外線面光源產生裝置之另一使用示意圖；圖14為本發明紅外線面光源產生裝置的遠紅外線光譜圖；圖15為本發明紅外線面光源產生裝置的另一遠紅外線光譜圖；圖16至圖18為本發明在顯微鏡下微觀碳材料層的石墨片微孔示意圖。
茲為便於更進一步對本發明之構造、使用及其特徵有更深一層明確、詳實的認識與瞭解，爰舉出較佳實施例，配合圖式詳細說明如下： 請參閱圖2A，本發明第一實施例一種紅外線面光源產生裝置2，包含一由絕緣基材21a構成的基材層21與一純碳材料組成的碳材料層22，上述碳材料層22構造成厚度小於1μm以使得上述碳材料層22的片電阻值介設於0.01~1000Ω/口，透過上述控制碳材料層22的膜厚，可調整片電阻的大小，且上述紅外線面光源產生裝置2藉由一外部能量30(請參圖10、圖11)加於上述紅外線面光源產生裝置2，上述能量30可為電源30a或光源30b(請參圖10、圖11)，當上述外部能量30(請參圖10、圖11)加於上述碳材料層22時，使得碳材料層22本體升溫至36℃以上，使得上述碳材料層22放射出紅外線。
如圖2B所示，本發明第二實施例一種紅外線面光源產生裝置2，包含一基材層21與一碳材料層22，上述碳材料層22中設置有至少一孔穴23，透過上述孔穴23增加上述碳材料層22的內部片電阻而使上述碳材料層22的片電阻值介設於0.01~1000Ω/口之間，並藉由一外部能量30如電源30a或光源30b(請參圖10、圖11)加於上述紅外線面光源產生裝置2，使得上述碳材料層22本體升溫至約36℃以上，上述碳材料層22即放射出遠紅外線。
上述穿孔處理可為超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、傳統鑽孔、塑膠孔成型或化學蝕孔的其中一種加工方法。
如圖3A所示，本發明第三實施例一種紅外線面光源產生裝置2，包含一基材層21與一厚度小於1μm的碳材料層22，上述基材層21與碳材料層22之間介設有一接著材21b，上述接著材21b為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，亦可為一膠體。
如圖3B所示，本發明第四實施例一種紅外線面光源產生裝置2，包含一基材層21與一片電阻值介設於0.01~1000Ω/口的碳材料層22，上述碳材料 層22中藉由設置有至少一孔穴23，達到片電阻值介設為0.01~1000Ω/口的範圍，且於上述基材層21與碳材料層22之間設有一接著材21b，上述接著材21b為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，亦可為一膠體。
第一實施例的一種紅外線面光源產生裝置2的製造方法如圖4-5所示，其包含以下步驟：(A)形成一基材層21；(B)形成一片電阻值介設於0.01~1000Ω/口的碳材料層22於上述基材層21的表面。
上述形成碳材料層22的方法可為濺鍍法、真空蒸鍍法、電漿CVD法、貼合石墨薄片等其中一種方式。
如圖4-5所示，於第一實施例中，形成一厚度小於1μm的碳材料層22於上述基材層21的表面，上述碳材料層22由於厚度小於1μm以使得上述碳材料層22的片電阻值介設於0.01~1000Ω/口，藉由上述外部能量30(請參圖10、圖11)加於上述紅外線面光源產生裝置2，使得上述碳材料層22本體升溫至約36℃以上，上述碳材料層22即放射出紅外線。
如圖6-7所示，於第一實施例另一可行樣態中，上述步驟(A)包含：提供一絕緣基材21a；於上述絕緣基材21a上形成一接著材21b於上述絕緣基材21a的表面上，上述接著材21b為藉由濺鍍、蒸鍍的方式形成於上述絕緣基材21a的表面上，且上述接著材21b為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，或為一膠體，上述絕緣基材21a與上述接著材21b共同形成一基材層21，其餘步驟與上揭實施例相同，故在此不贅述。
如圖8-9所示為本發明紅外線面光源產生裝置2的製造方法的第二實施例，當形成上述碳材料層22的片電阻阻抗小於0.01Ω/口時，可藉由進行一穿孔處理使得上述碳材料層22中形成至少一孔穴23，上述孔穴23可增加碳材料層22的電阻，使得上述碳材料層22達到片電阻值介設為0.01~1000Ω/口，並透過上述外部能量30(請參圖10、圖11)加於上述紅外線面光源產生裝置2，使得碳材料層22本體升溫至約36℃以上時，上述碳材料層22即放射出遠紅外線。
上述穿孔處理可為超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、傳統鑽孔、塑膠孔成型或化學蝕孔的其中一種加工方法。
如圖10-11所示，於第二實施例另一可行樣態中，上述步驟(A)包含：提供一絕緣基材21a；於上述絕緣基材21a上形成一接著材21b於上述絕緣基材21a的表面上，上述接著材21b為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，或為一膠體，上述絕緣基材21a與上述接著材21b共同形成一基材層21，其餘步驟與上揭實施例相同，故在此不贅述。
本發明紅外線面光源產生裝置2的一使用狀態示意圖如圖12所示，外部能量30可為一電源30a，上述電源30a可設為交流電或直流電，使得上述紅外線面光源產生裝置2與一外部電源30a的正極、負極相互連接，並藉由上述外部電源30a供電於上述紅外線面光源產生裝置2，當上述外部電源30a的電流流經上述碳材料層22時，上述碳材料層22的內部電阻因電流經過而產生熱，使得碳材料層22升溫至36℃以上時，上述碳材料層22即放射出遠紅外線光源。
本發明紅外線面光源產生裝置2的另一使用狀態示意圖如圖13所示，一種紅外線面光源產生裝置2的外部能量30為光源30b，光源30b可為燈源或太陽光源，其餘結構皆與上述第一實施例相同，惟藉由光源30b照射於上述紅外線面光源產生裝置2，穿透過上述絕緣基材21a，使得光源30b熱能傳導至上述碳材料層22，進而使得上述碳材料層22升溫至36℃以上而放射出紅外線。
如圖14所示為本發明第一實施例結構利用濺鍍方式以形成厚度小於1μm的碳材料層22的紅外線面光源產生裝置2之遠紅外線輻射光譜圖，圖15所示為本發明第二實施例結構利用貼合石墨片方式以形成厚度大於1μm並具有孔穴23的碳材料層22的紅外線面光源產生裝置2的遠紅外線輻射光譜圖。
圖16~圖18為本發明碳材料層22設為一石墨片進行顯微鏡觀察的微結構示意圖，上述碳材料層22表面具有不同形狀及不同大小的微孔結構，如圖16~18依序所示，不同位置微觀的孔洞大小分別可為237um、288um以及249um。
綜上所述，本發明的特點為藉由一基材層21與一碳材料層22的結構，僅需能量30即可使得碳材料層22本體升溫且輻射出遠紅外線光，且無須額外的電熱體或電熱裝置，另本發明之紅外線面光源產生裝置2的面光源30b比線光源30b或點光源30b可產生更多有效照射面積。紅外線面光源產生裝置2的製造方法為透過一簡易製程與便利取得的原料，便可製造出上揭紅外線面光源產生裝置2，具有廣泛的產業應用性。
以上所舉實施例，僅用為方便說明本發明並非加以限制，在不離本發明精神範疇，熟悉此一行業技藝人士依本發明申請專利範圍及發明說明所作之各種簡易變形與修飾，均仍應含括於以下申請專利範圍中。
2‧‧‧紅外線面光源產生裝置
21‧‧‧基材層
21a‧‧‧絕緣基材
22‧‧‧碳材料層
23‧‧‧孔穴

Claims (12)

  1. 一種紅外線面光源產生裝置，由一基材層與一碳材料層所構成，上述碳材料層設為一形成微孔結構的石墨片，上述碳材料層設置於上述基材層表面上，且上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口，並藉由電源或光源的其中一外部能量，以使得上述碳材料層升溫放射出紅外線。
  2. 如申請專利範圍第1項之紅外線面光源產生裝置，其中，上述碳材料層構造成厚度小於1μm以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
  3. 如申請專利範圍第1項之紅外線面光源產生裝置，其中，上述碳材料層設置有至少一孔穴以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
  4. 如申請專利範圍第1項之紅外線面光源產生裝置，上述基材層由一絕緣基材構成或由上述絕緣基材與一接著材共同構成。
  5. 如申請專利範圍第4項之紅外線面光源產生裝置，上述接著材由鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金所構成，或由一膠體所形成上述接著材。
  6. 一種紅外線面光源產生裝置的製造方法，包含：(A)形成一基材層；(B)形成一片電阻為0.01~1000Ω/口的碳材料層於上述基材層的表面，上述碳材料層為一形成微孔結構的石墨片。
  7. 如申請專利範圍第6項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述碳材料層構造成厚度小於1μm以使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
  8. 如申請專利範圍第6項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述步驟(A)包含：提供一絕緣基材；於上述絕緣基材上形成一接著材於上述絕緣基材的表面上，上述絕緣基材與上述接著材共同形成一基材層。
  9. 如申請專利範圍第8項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述接著材為鈦、鎳、鉻的至少其中一種金屬或其合金，或為一膠體。
  10. 如申請專利範圍第6項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述碳材料層藉由一穿孔處理以形成有至少一孔穴於上述碳材料層中，使得上述碳材料層的片電阻為0.01~1000Ω/口。
  11. 如申請專利範圍第10項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述穿孔處理可為超音波加工、電子束加工、雷射加工、油壓沖孔、傳統鑽孔、塑膠孔成型或化學蝕孔的其中一種加工方法。
  12. 如申請專利範圍第6項之紅外線面光源產生裝置的製造方法，其中，上述形成碳材料層的方法可為濺鍍法、真空蒸鍍法、電漿CVD法、貼合石墨薄片等其中一種方式。
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