專利名稱：立體熱源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立體熱源，尤其涉及一種基于碳納米管的立體熱源。
背景技術(shù)：
熱源在人們的生產(chǎn)、生活、科研中起著重要的作用。立體熱源是熱源的一種，其特 點(diǎn)為立體熱源具有一立體結(jié)構(gòu)，從而可將待加熱物體設(shè)置于其內(nèi)部進(jìn)行加熱。由于立體熱 源可對(duì)待加熱物體的各個(gè)部位同時(shí)加熱，因此，立體熱源具有加熱面廣、加熱均勻且效率較 高等優(yōu)點(diǎn)。立體熱源已成功用于工業(yè)領(lǐng)域、科研領(lǐng)域或生活領(lǐng)域等，如工廠管道、實(shí)驗(yàn)室加 熱爐或廚具電烤箱等。立體熱源的基本結(jié)構(gòu)通常包括一加熱元件?，F(xiàn)有的立體熱源的加熱元件通常采用 金屬絲，如鉻鎳合金絲、銅絲、鉬絲或鎢絲等通過(guò)鋪設(shè)或纏繞的方式形成。然而，采用金屬絲 作為加熱元件具有以下缺點(diǎn)其一，金屬絲表面容易被氧化，導(dǎo)致局部電阻增加，從而被燒 斷，因此使用壽命短；其二，金屬絲為灰體輻射，因此，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。為解決金屬絲作為加熱元件存在的問(wèn)題，碳纖維因?yàn)槠渚哂辛己玫暮隗w輻射性 能，密度小等優(yōu)點(diǎn)成為加熱元件材料研究的熱點(diǎn)。碳纖維作為加熱元件時(shí)，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布于該紙基材中的浙青基碳纖維。其中， 紙基材包括纖維素纖維和樹(shù)脂等的混合物，浙青基碳纖維的直徑為3 6毫米，長(zhǎng)度為5 20微米。然而，采用碳纖維紙作為加熱元件具有以下缺點(diǎn)其一，由于該碳纖維紙中的浙青 基碳纖維雜亂分布，所以該碳纖維紙的強(qiáng)度較小，柔性較差，容易破裂，同樣具有壽命較短 的缺點(diǎn)；其二，碳纖維紙的電熱轉(zhuǎn)換效率較低，不利于節(jié)能環(huán)保。自九十年代初以來(lái)，以碳納米管(請(qǐng)參見(jiàn)Helical microtubules of graphiticcarbon, Nature, Sumio Iijima, vol 354，p56 (1991))為代表的納米材料以其獨(dú) 特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了人們極大的關(guān)注。近幾年來(lái)，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷 深入，其廣闊的應(yīng)用前景不斷顯現(xiàn)出來(lái)。范守善等人于2006年6月16日申請(qǐng)的，于2007 年12月19日公開(kāi)的一篇公開(kāi)號(hào)為CN101090586A的中國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種納米 柔性電熱材料。該電熱材料包括一柔性基體及分散在所述柔性基體中的多個(gè)碳納米管。該 多個(gè)碳納米管以粉末態(tài)存在，彼此間結(jié)合力很弱，無(wú)法形成一具有特定形狀的自支撐結(jié)構(gòu)。 將該粉末態(tài)的碳納米管與聚合物溶液混合時(shí)，該粉末態(tài)的碳納米管極易團(tuán)聚，從而導(dǎo)致碳 納米管在基體中分散不均勻。為了避免碳納米管在聚合物溶液中分散時(shí)的團(tuán)聚現(xiàn)象，一方 面，在分散的過(guò)程中需要通過(guò)超聲波振蕩處理該碳納米管與聚合物溶液的混合物，另一方 面，該電熱材料中碳納米管的質(zhì)量百分含量不能太高，僅為0. 1 4%。而且，碳納米管在經(jīng)過(guò)上述分散處理之后，即使碳納米管彼此間能夠相互接觸，其 結(jié)合力也較弱，無(wú)法形成一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)。由于碳納米管含量少，熱電材料的熱 響應(yīng)速度不夠快，電熱轉(zhuǎn)換效率不夠高，故該電熱材料的發(fā)熱溫度不夠高，限制了其應(yīng)用范 圍。另外，為了使碳納米管在液相中分散，制備電熱材料時(shí)，其柔性基體只能選擇聚合物材料，聚合物材料耐熱溫度較低，此種采用在液相中分散碳納米管形成電熱材料的方法限制 了基體材料的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提 供一種電熱轉(zhuǎn)換效率高，且發(fā)熱溫度范圍較寬的立體熱源。一種立體熱源包括一加熱元件及至少兩個(gè)電極。該加熱元件包括基體及多個(gè)碳納 米管分布于該基體中。該至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置且分別與該加熱元件電連接。所述加熱元 件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，該加熱元件中的多個(gè)碳納米管組成至少一自支撐的碳納米管 結(jié)構(gòu)。一種立體熱源包括一加熱元件及至少兩個(gè)電極。該加熱元件包括一碳納米管復(fù)合 結(jié)構(gòu)。該至少兩個(gè)電極與該加熱元件電連接。該加熱元件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，所述 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括至少一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)以及與該至少一自支撐的碳納米管 結(jié)構(gòu)復(fù)合的基體。一種立體熱源包括一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)，一加熱元件與至少兩個(gè)電極。該加熱 元件設(shè)置于該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)的表面。該至少兩個(gè)電極與該加熱元件電連接。所述加 熱元件包括至少一碳納米管結(jié)構(gòu)及與該至少一碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合的基體。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述的立體熱源具有以下優(yōu)點(diǎn)由于該碳納米管結(jié)構(gòu)為一自 支撐結(jié)構(gòu)，該自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)與基體直接復(fù)合，可使復(fù)合后形成的加熱元件中碳納 米管仍相互結(jié)合保持一碳納米管結(jié)構(gòu)的形態(tài)，從而使加熱元件中碳納米管既能均勻分布形 成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，又不受碳納米管在加工過(guò)程中所使用的溶液的分散濃度的限制，進(jìn)而使碳納 米管在加熱元件中的質(zhì)量百分含量可以達(dá)到99%，使該熱源具有較高的電熱轉(zhuǎn)換效率，且 發(fā)熱溫度范圍較寬。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的立體熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1沿II-II線的剖面示意圖。圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源包括層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于中空的 三維支撐結(jié)構(gòu)表面的示意圖，其中基體材料滲透于碳納米管結(jié)構(gòu)中。圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源包括層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于中空的 三維支撐結(jié)構(gòu)表面的示意圖，其中碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合于基體材料中。圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源包括單個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于中 空的三維支撐結(jié)構(gòu)表面的示意圖。圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源包括多個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于線 狀支撐結(jié)構(gòu)表面的示意圖。圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種碳納米管拉膜的掃描電鏡照 片。圖8為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的碳納米管拉膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種碳納米管絮化膜的掃描電鏡 照片。
圖10為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所采用的另一種包括沿同一方向擇優(yōu)取向 排列的碳納米管的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖11為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種包括沿不同方向擇優(yōu)取向排 列的碳納米管的碳納米管碾壓膜的掃描電鏡照片。圖12為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描 電鏡照片。圖13為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電 鏡照片。圖14為本發(fā)明第一實(shí)施例的立體熱源所使用的一種碳納米管拉膜與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù) 合形成的加熱元件的截面掃描電鏡照片。圖15是圖1中的立體熱源的制備方法的流程圖。圖16是本發(fā)明第二實(shí)施例的立體熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖17是沿圖16中XVII-XVII線的剖視圖。圖18是沿圖16中XVIII-XVIII線的剖視圖。圖19是本發(fā)明第三實(shí)施例的立體熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是沿圖19中XX-XX線的剖視圖。
具體實(shí)施例以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的立體熱源及其制備方法。請(qǐng)參閱圖1及圖2，為本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種立體熱源100。該立體熱源100 包括一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102，一加熱元件104，一第一電極110及一第二電極112。該加 熱元件104設(shè)置于該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的表面。該第一電極110和第二電極112分 別與加熱元件104電連接，用于使所述加熱元件104接通電源從而流過(guò)電流。所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102用于支撐加熱元件104，使加熱元件104形成一立 體結(jié)構(gòu)，該立體結(jié)構(gòu)定義一空間，使加熱元件104可從多個(gè)方向向該空間內(nèi)加熱，從而提升 加熱元件104的加熱效率。中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102可以由硬性材料或柔性材料制成。當(dāng) 該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102選擇硬性材料時(shí)，其可以為陶瓷、玻璃、樹(shù)脂、石英、塑料等中的 一種或幾種。當(dāng)中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102選擇柔性材料時(shí)，其可以為樹(shù)脂、橡膠、塑料或柔 性纖維等中的一種或幾種。當(dāng)該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102選擇柔性材料時(shí)，其在使用時(shí)還 可根據(jù)需要彎折成任意形狀。在本實(shí)施例中，該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102由硬性材料制成。 所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102具有一空心結(jié)構(gòu)，且其可以為全封閉結(jié)構(gòu)，也可以為半封閉 結(jié)構(gòu)，其具體可根據(jù)實(shí)際需要如被加熱元件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102 的結(jié)構(gòu)可以為管狀、球狀、長(zhǎng)方體狀等。中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的橫截面的形狀亦不限， 可以為圓形、弧形、長(zhǎng)方形等。在本實(shí)施例中，中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102為一空心陶瓷管，其 橫截面為一圓形。所述加熱元件104可設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的內(nèi)表面或外表面。本實(shí)施 例中，加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表面。所述加熱元件104包括一 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可通過(guò)粘結(jié)劑(圖未示)設(shè)置于中空的三維支撐 結(jié)構(gòu)102的外表面。所述的粘結(jié)劑可以為硅膠。該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)也可通過(guò)機(jī)械連接方式，如螺釘，固定于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的表面。該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、寬度和 厚度不限。可以理解，該三維支撐結(jié)構(gòu)為可選擇結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱元件104可以自支撐合圍形成 一立體結(jié)構(gòu)時(shí)，可無(wú)需三維支撐結(jié)構(gòu)102。所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一碳納米管結(jié)構(gòu)以及基體材料。該碳納米管結(jié)構(gòu)為一 自支撐結(jié)構(gòu)。所謂“自支撐結(jié)構(gòu)”即該碳納米管結(jié)構(gòu)無(wú)需通過(guò)一支撐體支撐，也能保持自身 特定的形狀。該自支撐結(jié)構(gòu)的碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管通過(guò)范德 華力相互吸引，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)具有特定的形狀。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管包 括單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直 徑為0. 5納米 50納米，所述雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米 50納米，所述多壁碳納米 管的直徑為1.5納米 50納米。本發(fā)明中，該碳納米管結(jié)構(gòu)為層狀或線狀結(jié)構(gòu)。由于該碳 納米管結(jié)構(gòu)具有自支撐性，在不通過(guò)支撐體支撐時(shí)仍可保持層狀或線狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管 結(jié)構(gòu)中碳納米管之間具有大量間隙，從而使該碳納米管結(jié)構(gòu)具有大量孔隙，所述基體材料 滲入該孔隙中，與所述碳納米管結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合。所述孔隙的直徑小于10微米。所述碳納米 管結(jié)構(gòu)的單位面積熱容小于2X10—4焦耳每平方厘米開(kāi)爾文。優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的 單位面積熱容可以小于等于.7X10-6焦耳每平方厘米開(kāi)爾文。具體地，所述碳納米管結(jié)構(gòu) 可包括至少一碳納米管膜、至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)或其組合。所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可包括一層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)或至少一線狀碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置在中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的表面。所述層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)為二維結(jié)構(gòu)。該層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可包裹或纏繞 在中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表面，也可通過(guò)粘結(jié)劑或機(jī)械方式粘附或固定于中空的三 維支撐結(jié)構(gòu)102的內(nèi)表面。依據(jù)碳納米管結(jié)構(gòu)與基體材料的復(fù)合方式的不同，該層狀碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)包括以下兩種情形第一種情形，請(qǐng)參閱圖3，所述層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一層狀的碳納米管結(jié)構(gòu) 2044以及一基體材料2042滲透于該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044中。該層狀的碳納米管結(jié) 構(gòu)2044中具有大量的孔隙，該基體材料2042滲透于該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044的孔隙 中。當(dāng)該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044包括多個(gè)碳納米管膜時(shí)，該多個(gè)碳納米管膜可以層疊設(shè) 置。當(dāng)該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044包括單個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該單個(gè)碳納米管線狀結(jié) 構(gòu)折疊或盤繞成一層狀自支撐結(jié)構(gòu)。當(dāng)該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044包括多個(gè)碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該多個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)可以平行緊密設(shè)置、交叉設(shè)置或編織成一層狀自支撐 結(jié)構(gòu)。當(dāng)該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044同時(shí)包括碳納米管膜和碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，所述碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于至少一碳納米管膜的至少一表面。第二種情形，請(qǐng)參閱圖4，所述層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體2042以及一碳 納米管結(jié)構(gòu)2044復(fù)合于該基體2042中。該基體2042為層狀結(jié)構(gòu)，且該碳納米管結(jié)構(gòu)2044 分布于該基體2042中，優(yōu)選地，該碳納米管結(jié)構(gòu)2044在基體2042中均勻分布。請(qǐng)一并參 閱圖1，當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)2044為多個(gè)平行且間隔設(shè)置的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該碳納米 管線狀結(jié)構(gòu)由第一電極110延伸至第二電極112，本實(shí)施例中，碳納米管線狀結(jié)構(gòu)由中空的 三維支撐結(jié)構(gòu)102的一端延伸至另一端。所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以及一基體材料滲透于該 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)中或包覆于碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的表面。請(qǐng)參閱圖5，當(dāng)該加熱元件104為
7單個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，該單個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可以直接纏繞于所述中空的 三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表面，或者通過(guò)粘結(jié)劑或機(jī)械方式固定于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102 的內(nèi)表面或外表面。請(qǐng)一并參閱圖1，第一電極110和第二電極112可分別與該單個(gè)的線狀 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的兩端電連接。第一電極110和第二電極112為環(huán)狀，也可以為C形等 類似環(huán)狀的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，第一電極110和第二電極112大致平行。請(qǐng)參閱圖6，當(dāng)該 加熱元件104包括多個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，該多個(gè)線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可以交叉 設(shè)置或編織成一層狀結(jié)構(gòu)，然后纏繞或包裹于所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102表面。所述碳納米管膜可包括碳納米管拉膜、碳納米管絮化膜或碳納米管碾壓膜。所述 碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)碳納米管線、多個(gè)碳納米管線平行排列組成的束狀結(jié) 構(gòu)或多個(gè)碳納米管線相互扭轉(zhuǎn)組成的絞線結(jié)構(gòu)。所述碳納米管膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管之間通過(guò)范德華力緊密結(jié) 合。該碳納米管膜中的碳納米管為無(wú)序或有序排列。這里的無(wú)序指碳納米管的排列方向無(wú) 規(guī)律，這里的有序指至少多數(shù)碳納米管的排列方向具有一定規(guī)律。具體地，當(dāng)碳納米管膜包 括無(wú)序排列的碳納米管時(shí)，碳納米管相互纏繞或者各向同性排列；當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括有 序排列的碳納米管時(shí)，碳納米管沿一個(gè)方向或者多個(gè)方向擇優(yōu)取向排列。本實(shí)施例中，優(yōu)選 地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層疊設(shè)置的碳納米管膜，且該碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度優(yōu)選為 0.5納米 1毫米?？梢岳斫猓技{米管結(jié)構(gòu)的熱響應(yīng)速度與其厚度有關(guān)。在相同面積的情 況下，碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度越大，熱響應(yīng)速度越慢；反之，碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度越小，熱響應(yīng) 速度越快。所述碳納米管拉膜為從一碳納米管陣列中拉取所獲得的碳納米管膜。所述碳納米 管結(jié)構(gòu)可包括一層碳納米管拉膜或兩層以上碳納米管拉膜。碳納米管拉膜包括多個(gè)沿同一 方向擇優(yōu)取向且平行于碳納米管拉膜表面排列的碳納米管。所述碳納米管之間通過(guò)范德華 力首尾相連。請(qǐng)參閱圖7及圖8，每一碳納米管拉膜包括多個(gè)連續(xù)且定向排列的碳納米管片 段143。該多個(gè)碳納米管片段143通過(guò)范德華力首尾相連。每一碳納米管片段143包括多 個(gè)相互平行的碳納米管145，該多個(gè)相互平行的碳納米管145通過(guò)范德華力緊密連接。該碳 納米管片段143具有任意的寬度、厚度、均勻性及形狀。所述碳納米管拉膜的厚度為0. 5納 米 100微米，寬度與拉取該碳納米管拉膜的碳納米管陣列的尺寸有關(guān)，長(zhǎng)度不限。所述碳 納米管拉膜及其制備方法請(qǐng)參見(jiàn)范守善等人于2007年2月9日申請(qǐng)的，于2008年8月13 日公開(kāi)的第CN101239712A號(hào)中國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)“碳納米管膜結(jié)構(gòu)及其制備方法”，申請(qǐng)人 清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有 技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分?？梢岳斫獾氖牵?dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)由碳 納米管拉膜組成，且碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度比較小時(shí)，例如小于10微米，該碳納米管結(jié)構(gòu)有 很好的透明度，其透光率可以達(dá)到90%，可以用于制造一透明熱源。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括兩層以上的碳納米管拉膜時(shí)，該多層碳納米管拉膜相互 疊加設(shè)置或并列設(shè)置。相鄰兩層碳納米管拉膜中的擇優(yōu)取向排列的碳納米管之間形成一交 叉角度a，a大于等于0度且小于等于90度(0° < a < 90° )。所述多層的碳納米管 拉膜之間或一個(gè)碳納米管拉膜之中的相鄰的碳納米管之間具有一定間隙，從而在碳納米管 結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)孔隙，孔隙的尺寸約小于10微米以使所述基體滲入這些孔隙中。所述碳納米管絮化膜為通過(guò)一絮化方法形成的碳納米管膜，該碳納米管絮化膜包括相互纏繞且均勻分布的碳納米管。碳納米管的長(zhǎng)度大于10微米，優(yōu)選為200 900微 米。所述碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管絮化 膜各向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分布，無(wú)規(guī)則排列，形成大量的孔隙 結(jié)構(gòu)，孔隙尺寸約小于10微米。所述碳納米管絮化膜的長(zhǎng)度和寬度不限。請(qǐng)參閱圖9，由 于在碳納米管絮化膜中，碳納米管相互纏繞，因此該碳納米管絮化膜具有很好的柔韌性，且 為一自支撐結(jié)構(gòu)，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述碳納米管絮化膜的面積及厚度 均不限，厚度為1微米 1毫米，優(yōu)選為100微米。所述碳納米管絮化膜及其制備方法請(qǐng)參 見(jiàn)范守善等人于2007年4月13日申請(qǐng)的，于2008年10月15日公開(kāi)的第CN101284662A 號(hào)中國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)“碳納米管薄膜的制備方法”，申請(qǐng)人清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深 圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技 術(shù)揭露的一部分。所述碳納米管碾壓膜為通過(guò)碾壓一碳納米管陣列形成的碳納米管膜。該碳納米 管碾壓膜包括均勻分布的碳納米管，碳納米管沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。碳納 米管也可以是各向同性的。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊，并通過(guò)范德 華力相互吸引，緊密結(jié)合，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形 狀而不破裂。且由于碳納米管碾壓膜中的碳納米管之間通過(guò)范德華力相互吸引，緊密結(jié)合， 使碳納米管碾壓膜為一自支撐的結(jié)構(gòu)。所述碳納米管碾壓膜可通過(guò)碾壓一碳納米管陣列獲 得。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管與形成碳納米管陣列的生長(zhǎng)基底的表面形成一夾角 3，其中，0大于等于0度且小于等于15度0 <15° )，該夾角0與施加在碳納米 管陣列上的壓力有關(guān)，壓力越大，該夾角越小，優(yōu)選地，該碳納米管碾壓膜中的碳納米管平 行于該生長(zhǎng)基底排列。依據(jù)碾壓的方式不同，該碳納米管碾壓膜中的碳納米管具有不同的 排列形式。請(qǐng)參閱圖10，當(dāng)沿同一方向碾壓時(shí)，碳納米管沿一固定方向擇優(yōu)取向排列。請(qǐng)參 閱圖11，當(dāng)沿不同方向碾壓時(shí)，碳納米管沿不同方向擇優(yōu)取向排列。當(dāng)從碳納米管陣列的上 方垂直碾壓碳納米管陣列時(shí)，碳納米管碾壓膜是各向同性的。該碳納米管碾壓膜中碳納米 管的長(zhǎng)度大于50微米。該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要選擇，如被加熱物體所要 加熱的時(shí)間。該碳納米管碾壓膜的面積與碳納米管陣列的尺寸基本相同。該碳納米管碾壓 膜厚度與碳納米管陣列的高度以及碾壓的壓力有關(guān)，可為1微米 1毫米?？梢岳斫?，碳納 米管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越大，反之，碳納 米管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越小。所述碳納 米管碾壓膜之中的相鄰的碳納米管之間具有一定間隙，從而在碳納米管碾壓膜中形成多個(gè) 孔隙，孔隙的尺寸約小于10微米。所述碳納米管碾壓膜及其制備方法請(qǐng)參見(jiàn)范守善等人于 2007年6月1日申請(qǐng)的，于2008年12月3日公開(kāi)的第CN101314464A號(hào)中國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng) “碳納米管薄膜的制備方法”，申請(qǐng)人清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié) 省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)選用碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，其包括至少一根碳納米管長(zhǎng)線。當(dāng) 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括多根碳納米管長(zhǎng)線時(shí)，碳納米管長(zhǎng)線平行設(shè)置或相互螺旋纏繞。所述碳納米管線可以為非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。該非扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線為將碳納米管拉膜通過(guò)有機(jī)溶劑處理得到。請(qǐng)參閱圖12，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)沿碳納米管線長(zhǎng)度方向排列并首尾相連的碳納米管。優(yōu)選地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米 管線包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè)碳納米管片段之間通過(guò)范德華力首尾相連，每一碳納 米管片段包括多個(gè)相互平行并通過(guò)范德華力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任 意的長(zhǎng)度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長(zhǎng)度不限，直徑為0. 5納米 100 微米。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為采用一機(jī)械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭 轉(zhuǎn)獲得。請(qǐng)參閱圖13，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)繞碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米 管。優(yōu)選地，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè)碳納米管片段之間通過(guò)范 德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過(guò)范德華力緊密結(jié)合的碳納米 管。該碳納米管片段具有任意的長(zhǎng)度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長(zhǎng)度不限， 直徑為0. 5納米 100微米。所述碳納米管線及其制備方法請(qǐng)參見(jiàn)范守善等人于2002年 9月16日申請(qǐng)的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號(hào)中國(guó)公告專利“一種碳納 米管繩及其制造方法”，申請(qǐng)人清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司，以及于2007 年6月20日公開(kāi)的第CN1982209A號(hào)中國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)“碳納米管絲及其制作方法”，申請(qǐng) 人清華大學(xué)，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所 有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部分。進(jìn)一步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機(jī)溶 劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過(guò)范 德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的直徑及比表面積進(jìn)一步減小，從而使其密度及強(qiáng) 度進(jìn)一步增大。由于該碳納米管線為采用有機(jī)溶劑或機(jī)械力處理上述碳納米管拉膜獲得，該碳納 米管拉膜為自支撐結(jié)構(gòu)，故該碳納米管線也為自支撐結(jié)構(gòu)。另外，由于該碳納米管線中相鄰 碳納米管間存在間隙，故該碳納米管線具有大量孔隙，孔隙的尺寸約小于10微米。本發(fā)明實(shí)施例的碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)沿相同方向?qū)盈B設(shè)置的碳納米管拉膜，從 而使碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管均沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述基體的材料可以選自高分子材料或非金屬材料等。該基體或形成該基體的前 驅(qū)體在一定溫度下為液態(tài)或氣態(tài)，從而使該基體或該基體的前驅(qū)體在立體熱源100的加熱 元件104的制備過(guò)程中能夠滲透到該碳納米管結(jié)構(gòu)的間隙或孔隙中，并形成一固態(tài)基體與 碳納米管結(jié)構(gòu)相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)。該基體164的材料應(yīng)具有一定的耐熱性能，使其在該立 體熱源100的工作溫度內(nèi)不致受熱破壞、變形、熔化、氣化或分解。該高分子材料可以包括 熱塑性聚合物或熱固性聚合物的一種或多種，如纖維素、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、壓克力樹(shù)脂、 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠及聚酯等中的一種或多種。 該非金屬材料可以包括玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料中的一種或多種。由于碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管間具有間隙，從而在碳納米管結(jié)構(gòu)中形成多個(gè)孔 隙，且由于基體或基體的前驅(qū)體在一定溫度下為液態(tài)或氣態(tài)，該基體在與碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù) 合時(shí)可以滲入該碳納米管結(jié)構(gòu)孔隙內(nèi)。圖14為本實(shí)施例中碳納米管結(jié)構(gòu)與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合 后形成的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的橫斷面圖。該碳納米管結(jié)構(gòu)為一碳納米管拉膜。可以發(fā)現(xiàn)， 與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合之后，碳納米管結(jié)構(gòu)仍能基本保持復(fù)合前的形態(tài)，碳納米管在環(huán)氧樹(shù)脂基 體內(nèi)基本沿同一方向排列。
該基體可只填充于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中，也可以完全包覆整個(gè)碳納米管結(jié) 構(gòu)。當(dāng)該加熱元件104包括多個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，該多個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)可相互間隔或相互 接觸的設(shè)置于該基體中。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)為面狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該面狀結(jié)構(gòu)可相互間隔或相互 接觸的并排設(shè)置或?qū)盈B設(shè)置在基體中；當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)時(shí)，該線狀結(jié)構(gòu)可相 互間隔或相互接觸的并排設(shè)置在基體中。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置于基體中時(shí)，可以節(jié)省 制備該加熱元件104所需的碳納米管結(jié)構(gòu)的用量。另外，可視實(shí)際需要將碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè) 置在基體的特定位置，從而使該加熱元件104在不同位置具有不同的加熱溫度。所述基體滲透于碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中，可以起到固定該碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納 米管的作用，使在使用時(shí)碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管不致因外力摩擦或刮劃而脫落。當(dāng)所 述基體包覆整個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，該基體可進(jìn)一步保護(hù)該碳納米管結(jié)構(gòu)，同時(shí)保證該加熱 元件104與外部絕緣。另外，該基體可進(jìn)一步起到導(dǎo)熱及使熱量分布均勻的目的。進(jìn)一步 地，當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)急劇升溫時(shí)，該基體可以起到緩沖熱量的作用，使該加熱元件104的 溫度變化較為柔和。當(dāng)該基體材料為柔性材料時(shí)，可以增強(qiáng)碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的柔性與韌 性。通過(guò)將基體與自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)直接復(fù)合形成加熱元件104，可使碳納米管 在加熱元件104中均勻分布，且碳納米管的含量達(dá)到99%，提高了立體熱源100的發(fā)熱溫 度。由于該碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)，且碳納米管在碳納米管結(jié)構(gòu)中均勻分布，將該自 支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)與基體直接復(fù)合，可使復(fù)合后形成的加熱元件104中碳納米管仍相互 結(jié)合保持一碳納米管結(jié)構(gòu)的形態(tài)，從而使加熱元件104中碳納米管既能均勻分布形成導(dǎo)電 網(wǎng)絡(luò)，又不受碳納米管在溶液中分散濃度的限制，使碳納米管在碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的質(zhì) 量百分含量可以達(dá)到99%。所述第一電極110和第二電極112由導(dǎo)電材料制成，該第一電極110和第二電極 112的形狀不限，可為導(dǎo)電膜、金屬片或者金屬引線。優(yōu)選地，第一電極110和第二電極112 均為一層導(dǎo)電膜。當(dāng)用于微型立體熱源100時(shí)，該導(dǎo)電膜的厚度為0.5納米 100微米。該 導(dǎo)電膜的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚 合物或?qū)щ娦蕴技{米管等。該金屬或合金材料可以為鋁、銅、鎢、鉬、金、鈦、釹、鈀、銫或其任 意組合的合金。本實(shí)施例中，所述第一電極110和第二電極112的材料為金屬鈀膜，厚度為 5納米。所述金屬鈀與碳納米管具有較好的潤(rùn)濕效果，有利于所述第一電極110及第二電極 112與所述加熱元件104之間形成良好的電接觸，減少歐姆接觸電阻。所述的第一電極110和第二電極112與加熱元件104中的碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。 其中，第一電極110和第二電極112間隔設(shè)置，以使加熱元件104應(yīng)用于立體熱源100時(shí)接 入一定的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)基體只填充于該碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中時(shí)，由于該碳納米管結(jié)構(gòu)中部分碳納米 管部分暴露于加熱元件104表面，該第一電極110和第二電極112可以設(shè)置在加熱元件104 的表面上，從而使該第一電極110和第二電極112與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。該第一電極110 和第二電極112可以設(shè)置在加熱元件104的同一表面上也可以設(shè)置在加熱元件104的不同 表面上。另外，當(dāng)該加熱元件104中基體包覆整個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，為使該第一電極110和 第二電極112與該碳納米管結(jié)構(gòu)電連接，該第一電極110和第二電極112可設(shè)置于加熱元 件104的基體中，并直接與碳納米管結(jié)構(gòu)接觸。此時(shí)，為使該第一電極110和第二電極112
11與外部電源導(dǎo)通，該第一電極110和第二電極112可部分暴露于加熱元件104之外；或者， 該立體熱源100可進(jìn)一步包括兩條弓|線，分別與該第一電極110和第二電極112電連接，并 從該基體內(nèi)部引出。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)中碳納米管有序排列時(shí)，該碳納米管的排列方向可沿從第一電 極110至第二電極112方向延伸。所述的第一電極110和第二電極112可通過(guò)一導(dǎo)電粘結(jié) 劑(圖未示)設(shè)置于該加熱元件104或碳納米管結(jié)構(gòu)表面，導(dǎo)電粘結(jié)劑在實(shí)現(xiàn)第一電極110 和第二電極112與碳納米管結(jié)構(gòu)電接觸的同時(shí)，還可以將所述第一電極110和第二電極112 更好地固定于碳納米管結(jié)構(gòu)的表面上。該導(dǎo)電粘結(jié)劑可以為銀膠?？梢岳斫猓谝浑姌O110和第二電極112的結(jié)構(gòu)和材料均不限，其設(shè)置目的是為了 使所述加熱元件104中碳納米管結(jié)構(gòu)流過(guò)電流。因此，所述第一電極110和第二電極112 只需要導(dǎo)電，并與所述加熱元件104中碳納米管結(jié)構(gòu)之間形成電接觸都在本發(fā)明的保護(hù)范 圍內(nèi)。所述第一電極110和第二電極112的具體位置不限，只需確保第一電極110與第二 電極112分別與加熱元件104電連接。由于加熱元件104為一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納 米管復(fù)合材料包括一基體和分布于該基體中的碳納米管結(jié)構(gòu)，真正起到加熱作用的為碳納 米管結(jié)構(gòu)，因此，第一電極110和第二電極112應(yīng)與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。所述立體熱源 100也可以包括多個(gè)電極與所述加熱元件104電連接，其數(shù)量不限，通過(guò)控制不同的電極實(shí) 現(xiàn)加熱元件104有選擇的加熱各個(gè)區(qū)域。該多個(gè)電極中任意兩個(gè)電極可分別與外部電路電 連接，使電連接于該兩個(gè)電極之間的加熱元件104工作。優(yōu)選地，該多個(gè)電極中的任意兩個(gè) 相鄰的電極通過(guò)外接導(dǎo)線(圖未示)分別與外部電源電連接，即交替間隔設(shè)置的電極同時(shí) 接正極或負(fù)極。所述立體熱源100進(jìn)一步包括一熱反射層108，熱反射層108用于反射加熱元件 104所發(fā)出的熱量，使其有效地對(duì)中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102內(nèi)部空間加熱。因此，熱反射層 108位于加熱元件104外圍，當(dāng)加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的內(nèi)表面時(shí)， 熱反射層108設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102與加熱元件104之間或設(shè)置于中空的三維支 撐結(jié)構(gòu)102的外表面；當(dāng)加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表面時(shí)，熱反 射層108設(shè)置于加熱元件的外表面，即加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102與熱 反射層108之間。本實(shí)施例中，由于加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表 面，所以熱反射層108設(shè)置于加熱元件104的外表面。熱反射層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。熱反射層108通過(guò)濺射或涂敷的方法設(shè)置于中空 的三維支撐結(jié)構(gòu)102的外表面。本實(shí)施例中，熱反射層108的材料優(yōu)選為三氧化二鋁，其厚 度為100微米 0. 5毫米?？梢岳斫猓摕岱瓷鋵?08為一可選擇結(jié)構(gòu)，當(dāng)立體熱源100未 包括熱反射層時(shí)，該立體熱源100也可用于對(duì)外加熱。所述立體熱源100進(jìn)一步包括一絕緣保護(hù)層(圖未示)。所述絕緣保護(hù)層用來(lái)防 止該立體熱源100在使用時(shí)與外界形成電接觸，同時(shí)還可以防止加熱元件104中的碳納米 管結(jié)構(gòu)吸附外界雜質(zhì)。絕緣保護(hù)層設(shè)置于加熱元件與可與外界接觸的表面上?？梢岳斫?， 所述絕緣保護(hù)層106為一可選擇結(jié)構(gòu)。當(dāng)加熱元件104不與外界接觸或者當(dāng)基體完全覆蓋 碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，可無(wú)需絕緣保護(hù)層。所述絕緣保護(hù)層的材料為一絕緣材料，如橡膠、樹(shù) 脂等。所述絕緣保護(hù)層厚度不限，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。優(yōu)選地，該絕緣保護(hù)層的厚度為 0.5 2毫米。該絕緣保護(hù)層可通過(guò)涂敷或?yàn)R射的方法形成于加熱元件104的表面。本實(shí)施例中，由于加熱元件104設(shè)置于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102與熱反射層108之間，所以無(wú)需 絕緣保護(hù)層。本實(shí)施例提供一種使用上述立體熱源100加熱物體的方法，其包括以下步驟提 供一待加熱的物體；將待加熱的物體設(shè)置于該立體熱源100的內(nèi)部空間中；將立體熱源100 通過(guò)第一電極110與第二電極112連接導(dǎo)線接入1伏 20伏的電源電壓，使立體熱源100 加熱功率為1瓦 40瓦，該立體熱源可以輻射出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波。通過(guò)溫度測(cè)量?jī)x測(cè)量 發(fā)現(xiàn)該立體熱源100的加熱元件104表面的溫度為50°C 500°C，加熱待加熱物體?？梢?jiàn)， 該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較高的電熱轉(zhuǎn)換效率。由于加熱元件104表面的熱量以熱輻射的 形式傳遞給待加熱物體，加熱效果不會(huì)因?yàn)榇訜嵛矬w中各個(gè)部分與立體熱源100的距離 不同而產(chǎn)生較大的不同，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待加熱物體的均勻加熱。對(duì)于具有黑體結(jié)構(gòu)的物體來(lái)說(shuō)， 其所對(duì)應(yīng)的溫度為200°C 450°C時(shí)就能發(fā)出人眼看不見(jiàn)的熱輻射(紅外線)，此時(shí)的熱輻 射最穩(wěn)定、效率最高，所產(chǎn)生的熱輻射熱量最大。該立體熱源100在使用時(shí)，可以將其與待加熱的物體表面直接接觸或?qū)⑵渑c被加 熱的物體間隔設(shè)置，利用其熱輻射即可進(jìn)行加熱。該立體熱源100可以廣泛應(yīng)用于如工廠 管道、實(shí)驗(yàn)室加熱爐或廚具電烤箱等。請(qǐng)參閱圖15，本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種上述立體熱源100的制備方法，其包 括以下步驟步驟一，提供一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)孔隙。由于碳納米管結(jié)構(gòu)可包括碳納米管拉膜，碳納米管碾壓膜，碳納米管絮化膜或碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)中的一種或幾種，因此碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法分別對(duì)應(yīng)上述四種結(jié)構(gòu)分 為四種方法。(一 )碳納米管拉膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管陣列形成于一生長(zhǎng)基底，該陣列為超順排的碳納米管陣列。該碳納米管陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一 平整生長(zhǎng)基底，該生長(zhǎng)基底可選用P型或N型硅生長(zhǎng)基底，或選用形成有氧化層的硅生長(zhǎng)基 底，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選為采用4英寸的硅生長(zhǎng)基底；(b)在生長(zhǎng)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 形成有催化劑層的生長(zhǎng)基底在700°C 900°C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處 理過(guò)的生長(zhǎng)基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500°C 740°C，然后通入碳源氣 體反應(yīng)約5分鐘 30分鐘，生長(zhǎng)得到碳納米管陣列。該碳納米管陣列為多個(gè)彼此平行且垂 直于生長(zhǎng)基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過(guò)上述控制生長(zhǎng)條件，該定向排 列的碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無(wú)定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納米管陣列及多 壁碳納米管陣列中的一種。所述碳納米管的直徑為1 50納米，長(zhǎng)度為50納米 5毫米。 本實(shí)施例中，碳納米管的長(zhǎng)度優(yōu)選為100 900微米。本發(fā)明實(shí)施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑的碳?xì)浠衔铮?本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護(hù)氣體為氮?dú)饣蚨栊詺怏w，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選的保 護(hù)氣體為氬氣?？梢岳斫?，本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管陣列不限于上述制備方法，也可為石墨
13電極恒流電弧放電沉積法、激光蒸發(fā)沉積法等。其次，采用一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取碳納米管獲得至少一碳納米管拉 膜，其具體包括以下步驟(a)從所述超順排碳納米管陣列中選定一個(gè)或具有一定寬度的 多個(gè)碳納米管，本實(shí)施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸碳納米管陣列 以選定一個(gè)或具有一定寬度的多個(gè)碳納米管；(b)以一定速度拉伸該選定的碳納米管，從 而形成首尾相連的多個(gè)碳納米管片段，進(jìn)而形成一連續(xù)的碳納米管拉膜。該拉取方向沿基 本垂直于碳納米管陣列的生長(zhǎng)方向。在上述拉伸過(guò)程中，該多個(gè)碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長(zhǎng) 基底的同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納米管片段分別與其它碳納米管片段首 尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一連續(xù)、均勻且具有一定寬度的碳納米管拉膜。該碳納米管拉膜的寬度與碳納米管陣列的尺寸有關(guān)，該碳納米管拉膜的長(zhǎng)度不 限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。當(dāng)該碳納米管陣列的面積為4英寸時(shí)，該碳納米管拉膜的寬度為 0. 5納米 10厘米，該碳納米管拉膜的厚度為0. 5納米 100微米。( 二)碳納米管絮化膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管原料。所述碳納米管原料可以為通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、石墨電極恒流電弧放電沉積法或 激光蒸發(fā)沉積法等各種方法制備的碳納米管。本實(shí)施例中，采用刀片或其他工具將上述定向排列的碳納米管陣列從基底刮落， 獲得一碳納米管原料。優(yōu)選地，所述的碳納米管原料中，碳納米管的長(zhǎng)度大于100微米。其次，將上述碳納米管原料添加到一溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)，將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理以獲得 一碳納米管絮化膜。本發(fā)明實(shí)施例中，溶劑可選用水、易揮發(fā)的有機(jī)溶劑等。絮化處理可通過(guò)采用超聲 波分散處理或高強(qiáng)度攪拌等方法。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例采用超聲波分散10分鐘 30分 鐘。由于碳納米管具有極大的比表面積，相互纏繞的碳納米管之間具有較大的范德華力。上 述絮化處理并不會(huì)將該碳納米管原料中的碳納米管完全分散在溶劑中，碳納米管之間通過(guò) 范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例中，所述的分離碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟將上 述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置干燥一段時(shí)間從而獲得一 分離的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例中，所述的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的定型處理過(guò)程具體包括以下步驟 將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)置于一容器中；將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開(kāi)；施加 一定壓力于攤開(kāi)的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；以及，將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或 等溶劑自然揮發(fā)后獲得一碳納米管絮化膜?？梢岳斫?，本發(fā)明實(shí)施例可通過(guò)控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面積來(lái)控制該碳 納米管絮化膜的厚度和面密度。碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面積越大，則該碳納米管絮化膜 的厚度和面密度就越小。另外，上述分離與定型處理碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的步驟也可直接通過(guò)抽濾的方式實(shí) 現(xiàn)，具體包括以下步驟提供一孔隙濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑經(jīng)過(guò)該孔隙濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾并干燥后獲得一碳納米管絮化膜。該孔隙濾 膜為一表面光滑、尺寸為0. 22微米的濾膜。由于抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用 于該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)抽濾會(huì)直接形成一均勻的碳納米管絮化 膜。且，由于孔隙濾膜表面光滑，該碳納米管絮化膜容易剝離，得到一自支撐的碳納米管絮化膜?？梢岳斫猓撎技{米管絮化膜具有一定的厚度，且通過(guò)控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu) 攤開(kāi)的面積以及壓力大小可以控制碳納米管絮化膜的厚度。該碳納米管絮化膜可作為一碳 納米管結(jié)構(gòu)使用，也可以將至少兩層碳納米管絮化膜層疊設(shè)置或并排設(shè)置形成一碳納米管 結(jié)構(gòu)。(三)碳納米管碾壓膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管陣列形成于一生長(zhǎng)基底，該陣列為定向排列的碳納米管陣 列。所述碳納米管陣列優(yōu)選為一超順排的碳納米管陣列。所述碳納米管陣列與上述碳 納米管陣列的制備方法相同。其次，采用一施壓裝置，擠壓上述碳納米管陣列獲得一碳納米管碾壓膜，其具體過(guò) 程為該施壓裝置施加一定的壓力于上述碳納米管陣列上。在施壓的過(guò)程中，碳納米管 陣列在壓力的作用下會(huì)與生長(zhǎng)基底分離，從而形成由多個(gè)碳納米管組成的具有自支撐結(jié)構(gòu) 的碳納米管碾壓膜，且所述的多個(gè)碳納米管基本上與碳納米管碾壓膜的表面平行。本發(fā)明實(shí)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 制備的碳納米管碾壓膜中碳納米管的排列方式。優(yōu)選地，當(dāng)采用平面壓頭沿垂直于上述碳 納米管陣列生長(zhǎng)基底的方向擠壓時(shí)，可獲得碳納米管為各向同性排列的碳納米管碾壓膜； 當(dāng)采用滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓時(shí)，可獲得碳納米管沿該固定方向取向排列的碳納 米管碾壓膜；當(dāng)采用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓時(shí)，可獲得碳納米管沿不同方向取向排列 的碳納米管碾壓膜?？梢岳斫猓?dāng)采用上述不同方式擠壓上述的碳納米管陣列時(shí)，碳納米管會(huì)在壓力 的作用下傾倒，并與相鄰的碳納米管通過(guò)范德華力相互吸引、連接形成由多個(gè)碳納米管組 成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的碳納米管碾壓膜。本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，上述碳納米管陣列的傾倒程度(即擠壓后碳納米管 陣列的排列方向與未被擠壓時(shí)碳納米管陣列的排列方向所成的角度)與壓力的大小有關(guān)， 壓力越大，傾角越大。制備的碳納米管碾壓膜的厚度取決于碳納米管陣列的高度以及壓力 大小。碳納米管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越大； 反之，碳納米管陣列的高度越小而施加的壓力越大，則制備的碳納米管碾壓膜的厚度越小。 該碳納米管碾壓膜的寬度與碳納米管陣列所生長(zhǎng)的基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管碾壓膜的 長(zhǎng)度不限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。可以理解，該碳納米管碾壓膜具有一定的厚度，且通過(guò)碳納米管陣列的高度以及 壓力大小可以控制其厚度。所以該碳納米管碾壓膜可以直接作為一碳納米管結(jié)構(gòu)使用。另 外，可以將至少兩層碳納米管碾壓膜層疊設(shè)置或并排設(shè)置形成一碳納米管結(jié)構(gòu)。(四)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟
首先，提供至少一碳納米管拉膜。該碳納米管拉膜的形成方法與(一)中碳納米管拉膜的形成方法相同。其次，處理該碳納米管拉膜，形成至少一碳納米管線。該處理碳納米管拉膜的步驟可以為采用有機(jī)溶劑處理該碳納米管拉膜，從而得到 一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，或?yàn)椴捎脵C(jī)械外力扭轉(zhuǎn)該碳納米管拉膜，從而得到一扭轉(zhuǎn)的碳納 米管線。該采用有機(jī)溶劑處理碳納米管拉膜形成非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的方法與(一)中采 用有機(jī)溶劑降低碳納米管拉膜的粘性的方法相似，其區(qū)別在于，當(dāng)需要形成非扭轉(zhuǎn)的碳納 米管線時(shí)，碳納米管拉膜的兩端不固定，即不將碳納米管拉膜設(shè)置在基底表面或框架結(jié)構(gòu) 上。采用機(jī)械外力扭轉(zhuǎn)該碳納米管拉膜的步驟為采用一機(jī)械力將所述碳納米管膜兩 端沿相反方向扭轉(zhuǎn)形成扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。進(jìn)一步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭 轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳 納米管線中相鄰的碳納米管通過(guò)范德華力緊密結(jié)合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減 小，粘性降低，與未經(jīng)有機(jī)溶劑處理的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線相比密度及強(qiáng)度均增大。再次，利用上述碳納米管線制備至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，并得到一碳納米管結(jié) 構(gòu)。上述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為一自支撐結(jié)構(gòu)，可直接作為一碳 納米管結(jié)構(gòu)使用。另外，可以將多個(gè)碳納米管線平行排列成一束狀碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，或者 將該平行排列的多個(gè)碳納米管線經(jīng)一扭轉(zhuǎn)步驟得到一絞線狀碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步 地，可以將該多個(gè)碳納米管線或碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相互平行、交叉或編織，得到一面狀的碳 納米管結(jié)構(gòu)。采用上述碳納米管拉膜、碳納米管絮化膜、碳納米管碾壓膜和碳納米管線狀結(jié)構(gòu) 中的一種或幾種制備碳納米管結(jié)構(gòu)。步驟二，提供一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102，將該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于該中空的三維 支撐結(jié)構(gòu)102的表面。所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102用于支撐碳納米管結(jié)構(gòu)，其材料可為硬性材料，如 陶瓷、玻璃、樹(shù)脂、石英等，亦可以選擇柔性材料，如塑料或柔性纖維等。本實(shí)施例優(yōu)選的中 空的三維支撐結(jié)構(gòu)102為一陶瓷管。將上述碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102表面的方法為可以將 一碳納米管結(jié)構(gòu)直接纏繞或包裹于所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102外表面?；蛘?，也可以通 過(guò)粘結(jié)劑或機(jī)械固定方式將一碳納米管結(jié)構(gòu)固定于所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102內(nèi)表面 或外表面。本實(shí)施例中，碳納米管結(jié)構(gòu)采用重疊且交叉設(shè)置的100層碳納米管拉膜，相鄰兩 層碳納米管拉膜之間交叉的角度為90度。該100層碳納米管拉膜的厚度為300微米。利 用碳納米管結(jié)構(gòu)本身的粘性，將該碳納米管結(jié)構(gòu)包裹于所述中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102的表 面。步驟三，間隔形成一第一電極110及一第二電極112，并將第一電極110及一第二 電極112分別與該碳納米管結(jié)構(gòu)形成電連接。
所述的兩第一電極110和第二電極112的設(shè)置方式與碳納米管結(jié)構(gòu)有關(guān)，需保證 碳納米管結(jié)構(gòu)中的部分碳納米管沿著第一電極110向第二電極112的方向延伸。所述的第一電極110和第二電極112可以設(shè)置在碳納米管結(jié)構(gòu)的同一表面上或不 同表面上，且第一電極110和第二電極112環(huán)繞設(shè)置于碳納米管結(jié)構(gòu)的表面。其中，第一電 極110和第二電極112之間相隔設(shè)置，以使碳納米管結(jié)構(gòu)應(yīng)用于立體熱源100時(shí)接入一定 的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。碳納米管結(jié)構(gòu)本身有很好的粘附性與導(dǎo)電性，故第一電極110 和第二電極112可以與碳納米管結(jié)構(gòu)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(dǎo)電薄膜、金屬片或者金屬引線。該導(dǎo)電薄膜 的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物等。 該導(dǎo)電薄膜可以通過(guò)物理氣相沉積法，化學(xué)氣相沉積法或其它方法形成于碳納米管結(jié)構(gòu)表 面。該金屬片可以為銅片或鋁片等。該金屬片或者金屬引線可以通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié)劑固定于碳 納米管結(jié)構(gòu)表面。本實(shí)施例中，通過(guò)濺射法分別于該碳納米管結(jié)構(gòu)表面沉積兩個(gè)鈀膜作為 第一電極110和第二電極112，然后將該兩個(gè)鈀膜分別與一導(dǎo)電引線電連接。所述第一電極110和第二電極112還可以為一金屬性碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管 結(jié)構(gòu)包括定向排列且均勻分布的金屬性碳納米管。具體地，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳 納米管拉膜或至少一碳納米管線。優(yōu)選地，將兩個(gè)碳納米管拉膜分別設(shè)置于沿中空的三維 支撐結(jié)構(gòu)102長(zhǎng)度方向的兩端作為第一電極110和第二電極112?？梢岳斫?，本實(shí)施例中，還可以先在碳納米管結(jié)構(gòu)的表面形成兩個(gè)平行且間隔設(shè) 置的第一電極110和第二電極112，且該第一電極110和第二電極112與碳納米管結(jié)構(gòu)電連 接。然后，將該形成有第一電極110和第二電極112的碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于上述中空的三 維支撐結(jié)構(gòu)102的表面。在形成第一電極110和第二電極112之后，可進(jìn)一步形成兩條導(dǎo) 電引線，分別從第一電極110和第二電極112引出至外部電路。步驟四，提供一基體材料預(yù)制體，并將基體材料預(yù)制體與碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合，形成 一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述基體材料預(yù)制體可以為基體材料所形成的溶液或制備該基體材料的前驅(qū)反 應(yīng)物。該基體材料預(yù)制體在一定溫度下應(yīng)為液態(tài)或氣態(tài)。所述基體材料包括高分子材料或非金屬材料等。具體地，該高分子材料可以包括 熱塑性聚合物或熱固性聚合物中的一種或多種，故該基體材料預(yù)制體可以為生成該熱塑性 聚合物或熱固性聚合物的聚合物單體溶液，或該熱塑性聚合物或熱固性聚合物在揮發(fā)性有 機(jī)溶劑中溶解后形成的混合液。該非金屬材料可以包括玻璃、陶瓷及半導(dǎo)體材料中的一種 或多種，故該基體材料預(yù)制體可以為非金屬材料顆粒制成的漿料、制備該非金屬材料的反 應(yīng)氣體或呈氣態(tài)的該非金屬材料。具體地，可以采用真空蒸鍍、濺鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD) 以及物理氣相沉積(PVD)的方法形成氣態(tài)的基體材料預(yù)制體，并使該基體材料預(yù)制體沉積 在碳納米管結(jié)構(gòu)的碳納米管表面。另外，可以將大量非金屬材料顆粒在溶劑中分散，形成一 漿料作為該基體材料預(yù)制體。當(dāng)該基體材料預(yù)制體為液態(tài)時(shí)，可通過(guò)將該液態(tài)基體材料預(yù)制體浸潤(rùn)該碳納米管 結(jié)構(gòu)以及固化該基體材料預(yù)制體，從而使該基體材料滲透至該碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中，形 成一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)；當(dāng)該基體材料預(yù)制體為氣態(tài)時(shí)，可將該基體材料預(yù)制體沉積于碳 納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管表面，從而使該基體材料充滿該碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中，形成一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。當(dāng)該基體材料預(yù)制體為漿料時(shí)，可以通過(guò)涂覆、噴涂等方法與該碳納米 管結(jié)構(gòu)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例采用注膠法將高分子材料與碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合，形成一碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)，該方法具體包括以下步驟(一 )提供一液態(tài)熱固性高分子材料。所述液態(tài)熱固性高分子材料的粘度低于5帕 秒，并能在室溫下保持該粘度在30 分鐘以上。本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選以環(huán)氧樹(shù)脂制備液態(tài)熱固性高分子材料，其具體包括以下步 驟首先，將縮水甘油醚型環(huán)氧和縮水甘油酯型環(huán)氧的混合物置于一容器中，加熱至 30°C 60°C，并對(duì)容器中所述縮水甘油醚型環(huán)氧和縮水甘油酯型環(huán)氧的混合物攪拌10分 鐘，直至所述縮水甘油醚型環(huán)氧和縮水甘油酯型環(huán)氧的混合物混合均勻?yàn)橹?。其次，將脂肪胺和二縮水甘油醚加入到所述攪拌均勻的縮水甘油醚型環(huán)氧和縮水 甘油酯型環(huán)氧的混合物中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。最后，將所述縮水甘油醚型環(huán)氧和縮水甘油酯型環(huán)氧的混合物加熱至30°C 60°C，從而得到一含環(huán)氧樹(shù)脂的液態(tài)熱固性高分子材料。(二)采用所述液態(tài)熱固性高分子材料浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)。采用所述液態(tài)熱固性高分子材料浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟首先，將設(shè)置有碳納米管結(jié)構(gòu)的中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102置于一模具中；其次，將所述液態(tài)熱固性高分子材料注射進(jìn)所述模具中，浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)。 為了讓液態(tài)熱固性高分子材料充分浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)，浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)的時(shí)間 不能少于10分鐘。本實(shí)施例中將100層碳納米管拉膜層疊包裹于陶瓷桿的表面后置于模具中。然后 將環(huán)氧樹(shù)脂的液態(tài)熱固性高分子材料注射進(jìn)所述模具中，浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)20分鐘?？梢岳斫?，將所述液態(tài)熱固性高分子材料浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)的方法不限注射 的方法，所述液態(tài)熱固性高分子材料還可以通過(guò)毛細(xì)作用被吸入到所述碳納米管結(jié)構(gòu)中， 浸潤(rùn)所述碳納米管結(jié)構(gòu)，或者將所述碳納米管結(jié)構(gòu)浸泡在所述液態(tài)熱固性高分子材料中。(三)固化液態(tài)熱固性高分子材料，得到一碳納米管高分子材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，含環(huán)氧樹(shù)脂的熱固性高分子材料的固化方法具體包括以下步驟首先，通過(guò)一加熱裝置將該模具加熱至50°C 70°C，在該溫度下含環(huán)氧樹(shù)脂的熱 固性高分子材料為液態(tài)，維持該溫度1小時(shí) 3小時(shí)，使得該熱固性高分子材料繼續(xù)吸熱以 增加其固化度。其次，繼續(xù)加熱該模具至80°C 100°C，在該溫度下維持1小時(shí) 3小時(shí)，使得所 述熱固性高分子材料繼續(xù)吸熱以增加其固化度。再次，繼續(xù)加熱該模具至110°C 150°C，在該溫度下維持2小時(shí) 20小時(shí)，使得 所述熱固性高分子材料繼續(xù)吸熱以增加其固化度。最后，停止加熱，待該模具降溫至室溫后，脫?？傻靡惶技{米管高分子材料復(fù)合結(jié) 構(gòu)。上述制備碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的具體步驟可參見(jiàn)范守善等人于2007年12月14日 申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00710125109.8的中國(guó)大陸專利申請(qǐng)“碳納米管復(fù)合材料的制備方法”。
18為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請(qǐng)所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請(qǐng)技術(shù)揭露的一部 分?？梢岳斫?，上述含環(huán)氧樹(shù)脂的熱固性高分子材料的固化方法也可以采用一次升溫 的方法，直接將溫度升至150°C，使熱固性高分子材料吸熱固化。可以理解，上述步驟三中形成第一電極110和第二電極112的步驟可在步驟四形 成該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行。當(dāng)該基體材料僅填充于該碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中，從而 使碳納米管部分暴露于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)表面時(shí)，可采用與步驟三相同的方法將第一電極 110和第二電極112直接形成于該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)表面與碳納米管結(jié)構(gòu)形成電連接。當(dāng) 該基體材料全部包覆該碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用一切割的步驟切割該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)， 從而使該碳納米管結(jié)構(gòu)暴露于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，進(jìn)而采用與步驟三相同的方法將該 第一電極110和第二電極112與暴露出來(lái)的碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。進(jìn)一步，當(dāng)立體熱源100包括一熱反射層108設(shè)置于加熱層104的外圍時(shí)，在形成 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)之后，還可以進(jìn)一步包括一形成一熱反射層108于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的 外表面的步驟。形成熱反射層108可以通過(guò)涂覆或鍍膜的方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)該熱反射層108的 材料為金屬鹽或金屬氧化物時(shí)，可將該金屬鹽或金屬氧化物的顆粒分散于溶劑中，形成一 漿料，并將該漿料涂敷或絲網(wǎng)印刷于中空的三維支撐結(jié)構(gòu)表面，形成該熱反射層。該溶劑不 應(yīng)與金屬鹽或金屬氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。另外，該熱反射層108也可通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍、濺 鍍、真空蒸鍍、化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等方法形成。本發(fā)明實(shí)施例采用物理氣相沉積 法在陶瓷基板表面沉積一層三氧化二鋁層，作為熱反射層。所述熱反射層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(shí)施例中，熱反射層210材料優(yōu)選為三氧化二鋁，其厚度為100微米?？梢岳斫?，熱反射 層108的位置不限，可根據(jù)立體熱源的實(shí)際加熱方向而定。可選擇地，當(dāng)本發(fā)明第一實(shí)施例中的加熱元件104為一柔性碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu) 時(shí)，該線熱源100可通過(guò)以下方法制備，具體包括以下步驟首先，提供一碳納米管結(jié)構(gòu)。其次，提供一柔性基體材料預(yù)制體，并將柔性基體材料預(yù)制體與碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù) 合，形成一柔性碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。再次，提供一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)102，并將該柔性碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于中空 的三維支撐結(jié)構(gòu)102的表面。最后，間隔形成第一電極111和第二電極112，并將該第一電極111和第二電極 112分別與該柔性碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管結(jié)構(gòu)形成電連接。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)完全 被基體材料包覆時(shí)，可進(jìn)一步通過(guò)切割等方式使該碳納米管結(jié)構(gòu)部分暴露于柔性碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，從而確保第一電極111和第二電極112與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接?？梢岳斫猓部梢灶A(yù)先形成第一電極111和第二電極112與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接， 再將碳納米管結(jié)構(gòu)與柔性基體材料預(yù)制體復(fù)合形成碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參見(jiàn)圖16、17和18，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種立體熱源200。該立體熱源200 包括一加熱元件204、一熱反射層208、第一電極210及第二電極212。該加熱元件204構(gòu)成 一中空的三維結(jié)構(gòu)。該第一電極210及第二電極212分別與加熱元件204電連接，用于使 所述加熱元件204接通電源從而流過(guò)電流。所述加熱元件204折疊形成一立方體形狀的中空三維結(jié)構(gòu)。所述第一電極210及第二電極212間隔設(shè)置，分別設(shè)置于加熱元件204所形 成的立方體形狀的中空三維結(jié)構(gòu)的相對(duì)的側(cè)邊上，并可起到支撐加熱元件204的作用。所 述第一電極210及第二電極212為線狀，且大致相互平行。所述的熱反射層208設(shè)置于加 熱元件204的外表面。該立體熱源200可進(jìn)一步包括多個(gè)電極，該多個(gè)電極間隔平行設(shè)置， 加熱元件204設(shè)置于該多個(gè)電極的外圍，以該多個(gè)電極為支撐體，形成一中空的立體結(jié)構(gòu)。 可以理解，該多個(gè)電極可以看作一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的立體熱源200與第 一實(shí)施例基本相同，其不同之處在于本實(shí)施立中的立體熱源200采用電極作為中空的三維 支撐結(jié)構(gòu)用于支撐加熱元件204。請(qǐng)參見(jiàn)圖19和20，本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種立體熱源300。該立體熱源300包 括一中空的三維支撐結(jié)構(gòu)302，一加熱元件304，一第一電極310及一第二電極312。該加 熱元件304設(shè)置于該中空的三維支撐結(jié)構(gòu)302的外表面。該第一電極310和第二電極312 并分別與加熱元件104電連接，設(shè)間隔置于加熱元件204的外表面上，用于使所述加熱元件 104接通電源從而流過(guò)電流。該三維支撐結(jié)構(gòu)302為一半球狀中空三維結(jié)構(gòu)，加熱元件304 包覆于該三維支撐結(jié)構(gòu)302的外表面，形成一半球狀，或半橢球狀結(jié)構(gòu)。第一電極310為點(diǎn) 狀，位于加熱元件302的底部，第二電極312為環(huán)狀，環(huán)繞于半球狀結(jié)構(gòu)的加熱元件302的 頂部。該立體熱源300進(jìn)一步包括一熱反射層308，該熱反射層設(shè)置于加熱元件304的外 圍。本實(shí)施例中，該熱反射層308覆蓋第一電極310與第二電極312設(shè)置于加熱元件304 的外表面。本實(shí)施例中的立體熱源300與第一實(shí)施例基本相同，其不同點(diǎn)在于本實(shí)施立中 的立體熱源300為一半球狀或半橢球狀的中空三維結(jié)構(gòu)。當(dāng)然立體熱源300為也可以為其 他類似的近一端開(kāi)口的形狀。所述的立體熱源具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，由于該碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)，且碳 納米管在碳納米管結(jié)構(gòu)中均勻分布，將該自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)與基體直接復(fù)合，可使復(fù) 合后形成的加熱元件中碳納米管仍相互結(jié)合保持一碳納米管結(jié)構(gòu)的形態(tài)，從而使加熱元件 中碳納米管既能均勻分布形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，又不受碳納米管在溶液中分散濃度的限制，使碳 納米管在加熱元件中的質(zhì)量百分含量可以達(dá)到99%，使該立體熱源具有較高的電熱轉(zhuǎn)換 效率。第二，由于碳納米管具有較好的強(qiáng)度及韌性，碳納米管結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較大，柔性較好， 不易破裂，使立體熱源具有較長(zhǎng)的使用壽命。第三，該基體材料的種類不限于聚合物，溫度 范圍寬，使該熱源的應(yīng)用范圍更加廣泛。第四，該碳納米管結(jié)構(gòu)的單位面積熱容較小，小于 2X10—4焦耳每平方厘米開(kāi)爾文，碳納米管結(jié)構(gòu)可以較快的升溫并將熱量傳遞出去，因此，該 立體熱源具有升溫迅速、熱滯后小、熱交換速度快、輻射效率高的特點(diǎn)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種立體熱源，其包括一個(gè)加熱元件，該加熱元件為一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包括一基體及多個(gè)分布于該基體中的碳納米管；以及至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述加熱元件電連接，其特征在于，所述的加熱元件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，所述的加熱元件中的多個(gè)碳納米管相互部分交疊組成至少一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管膜。
3.如權(quán)利要求2所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)均勻分布的 碳納米管，該碳納米管沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。
4.如權(quán)利要求2所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管膜通過(guò)碾壓一生長(zhǎng)于基 底上的碳納米管陣列制得。
5.如權(quán)利要求4所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管與 基底的表面形成一夾角β，其中，β大于等于O度且小于等于15度。
6.如權(quán)利要求2所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管膜的厚度為1微米 1毫米。
7.如權(quán)利要求2所述的立體熱源，其特征在于，所述的碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米 管膜，該多個(gè)碳納米管膜層疊設(shè)置或并排設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1所述的立體熱源，其特征在于，所述基體的材料為高分子材料或無(wú)機(jī) 非金屬材料。
9.如權(quán)利要求1所述的立體熱源，其特征在于，所述的立體熱源進(jìn)一步包括一熱反射 層，所述熱反射層設(shè)置于加熱元件的外圍。
10.一種立體熱源，其包括一個(gè)加熱元件，該加熱元件包括基體及多個(gè)碳納米管分布于該基體中；以及 至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述加熱元件電連接，其特征在于，所述的加熱元件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，所述的加熱元件包括至少一 自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)，以及基體材料復(fù)合于該碳納米管結(jié)構(gòu)中，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多 個(gè)相互部分交疊的碳納米管。
11.如權(quán)利要求10所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)具有多個(gè)孔隙，所 述基體材料均勻復(fù)合于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中。
12.如權(quán)利要求11所述的立體熱源，其特征在于，所述孔隙的尺寸小于10微米。
13.—種立體熱源，其包括一個(gè)加熱元件，該加熱元件包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)；以及 至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置并與所述加熱元件電連接，其特征在于，所述的加熱元件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包 括一基體以及與該基體復(fù)合的至少一自支撐的碳納米管膜，該碳納米管膜包括多個(gè)均勻分 布的碳納米管，該碳納米管沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。
14.如權(quán)利要求13所述的立體熱源，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)具有多個(gè)孔隙，所 述基體材料均勻復(fù)合于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的孔隙中。
15.一種立體熱源，其包括 一個(gè)中空的三維支撐結(jié)構(gòu)；一加熱元件，該加熱元件設(shè)置于該三維支撐結(jié)構(gòu)的表面；以及 至少兩個(gè)電極，且所述電極與所述加熱元件電連接；其特征在于，所述的加熱元件包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一 基體以及與該基體復(fù)合的至少一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)該碳納 米管膜包括多個(gè)沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
16.如權(quán)利要求15所述的立體熱源，其特征在于，所述的加熱元件設(shè)置于該三維支撐 結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面或外表面。
17.如權(quán)利要求16所述的立體熱源，其特征在于，所述的加熱元件通過(guò)粘結(jié)劑或機(jī)械 連接方式固定于該三維支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面或外表面。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一壽命長(zhǎng)且電熱轉(zhuǎn)換效率高的立體熱源。該立體熱源包括一加熱元件及至少兩個(gè)電極。該加熱元件包括基體及多個(gè)碳納米管分布于該基體中。該至少兩個(gè)電極間隔設(shè)置且分別與該加熱元件電連接。所述加熱元件構(gòu)成一個(gè)中空的三維結(jié)構(gòu)，該加熱元件中的多個(gè)碳納米管組成至少一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)。該立體熱源可以用于制造工廠管道、實(shí)驗(yàn)室加熱爐或廚具電烤箱等。
文檔編號(hào)H05B3/14GK101868057SQ20091010680
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者劉長(zhǎng)洪, 姜開(kāi)利, 王佳平, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司