專利名稱：線熱源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線熱源，尤其涉及一種基于碳納米管的線熱源。
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。線熱源是熱源的一種，在工業(yè) 領(lǐng)域、科研領(lǐng)域或生活領(lǐng)域等有著廣泛的應(yīng)用，如電熱管、電熱毯、紅外治療儀及電暖器等?，F(xiàn)有線熱源通常包括一線狀發(fā)熱體(如電阻絲等)以及兩個電極，該兩個電極間 隔設(shè)置，并與該線狀發(fā)熱體兩端電連接。當(dāng)通過所述兩個電極向該線狀發(fā)熱體施加一電壓 或通入電流時，該線狀發(fā)熱體產(chǎn)生焦耳熱，且熱量是以普通波長向外輻射。通常，用作線熱 源的線狀發(fā)熱體為采用金屬、合金或碳纖維制成的電熱絲。 然而，采用金屬、合金或碳纖維制成的電熱絲具有以下不足第一，該電熱絲所產(chǎn) 生的熱量均以普通波長向外輻射，其電熱轉(zhuǎn)換效率不高，不利于節(jié)省能源，需加入粘涂有遠(yuǎn) 紅外涂料的棉線以提高電熱轉(zhuǎn)換效率。第二，碳纖維尺寸不夠小，不利于應(yīng)用于微型熱源， 而金屬絲直徑很小的時候，強度很低，容易折斷，也不利于應(yīng)用于微型熱源。第三，該電熱絲 的質(zhì)量均較大，不利于熱源的輕型化。另外，金屬電熱絲與合金電熱絲容易被氧化，且多次 彎曲或繞折成一定角度時易產(chǎn)生疲勞，因此，其應(yīng)用受到限制。自九十年代初以來，以碳納米管(請參見Helical microtubules of graphiticcarbon, Nature, Sumio Iijima, vol 354，p56 (1991))為代表的納米材料以其獨 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，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。2006年10月25日，范守善等公告的CN1282216C中國專利中揭示了一種燈絲及其 制備方法。該燈絲包括一碳納米管絲。該碳納米管絲包括多個通過范德華力首尾相連的碳 納米管束，且每個碳納米管束包括多個平行排列且長度基本相等的碳納米管。該燈絲的制 備方法包括如下步驟制備碳納米管陣列；從上述碳納米管陣列中拉出碳納米管絲；用均 勻外力將上述步驟得到的碳納米管絲纏繞在作為電極使用的導(dǎo)線上，得到燈絲。當(dāng)所述碳 納米管絲通入電流時，碳納米管絲發(fā)出焦耳熱，并向周圍輻射電磁波。然而，該專利文獻中 的碳納米管絲是用于發(fā)光，由于這種直接獲得的純碳納米管絲的機械強度與韌性不夠好， 使用時較容易被破壞，從而限制了碳納米管絲的使用范圍，無法直接用于熱源。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種機械強度比較大，使用時不易被破壞的線熱源。一種線熱源，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)，一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面，以 及兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接，所述加熱元件包括至少一碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中，且 該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管。一種線熱源，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)，一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面，以及兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接，所述加熱元件包括至少一碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一碳納米管膜結(jié)構(gòu)以及基體材料，該碳納米管 膜結(jié)構(gòu)包括沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管，所述基體材料復(fù)合于 該碳納米管膜結(jié)構(gòu)中。一種線熱源，其包括一線狀支撐內(nèi)芯；一加熱元件環(huán)繞包覆所述線狀支撐內(nèi)芯，所 述加熱元件包括至少一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體及一碳納米管 膜結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中，且該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括沿沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排 列的多個碳納米管；兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接；以及一絕緣 保護層保護層包覆該加熱元件。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于所述線熱源中加熱元件包括碳納米管膜結(jié)構(gòu)以及與該碳 納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù)合的基體材料，所以該加熱元件機械強度與韌性較大，使用時不易被破壞。


圖1為本發(fā)明第一實施例提供的線熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的線熱源沿線II-II的剖面示意圖。圖3為圖2的線熱源沿線III-III的剖面示意圖。圖4為本發(fā)明第一實施例的線熱源包括層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)表面的示意圖，其中基體材料滲透于碳納米管結(jié)構(gòu)中。圖5為本發(fā)明第一實施例的線熱源包括層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于線狀支撐 結(jié)構(gòu)表面的示意圖，其中碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合于基體材料中。圖6為本發(fā)明第一實施例的線熱源包括單個線狀碳納米管復(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)明第一實施例的線熱源包括多個線狀碳納米管復(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8為本發(fā)明第一實施例的線熱源中的碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。圖9為圖8中的碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管片段的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明第一實施例的線熱源中的碳納米管碾壓膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管沿同 一方向擇優(yōu)取向排列的掃描電鏡照片。圖11為本發(fā)明第一實施例的線熱源中碳納米管碾壓膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管沿不同 方向擇優(yōu)取向排列的掃描電鏡照片。圖12為本發(fā)明第一實施例的線熱源中的碳納米管絮化膜結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。圖13為本發(fā)明第一實施例的線熱源中的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖14為本發(fā)明第一實施例的線熱源中的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的掃描電鏡照片。圖15為本發(fā)明第一實施例的線熱源中碳納米管拉膜與環(huán)氧樹脂復(fù)合結(jié)構(gòu)的斷面 掃描電鏡照片。圖16為本發(fā)明第一實施例線熱源的一種制備方法的流程圖。圖17為本發(fā)明實施例的線熱源的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的照片。圖18為本發(fā)明第一實施例將設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)表面的碳納米管結(jié)構(gòu)與高分子 材料復(fù)合的方法的流程圖。
圖19為本發(fā)明第一實施例線熱源的另一種制備方法的流程圖。圖20為本發(fā)明第二實施例提供的線熱源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及具體實施例詳細(xì)說明本發(fā)明提供的線熱源及其制備方法。請參閱圖1至圖3，本發(fā)明第一實施例提供一種線熱源20，該線熱源20為一維結(jié)構(gòu)。該線熱源20包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)202 ；—熱反射層210設(shè)置于該線狀支撐結(jié)構(gòu)202的 表面；一加熱元件204設(shè)置于所述熱反射層210表面；兩個電極206間隔設(shè)置于該加熱元 件204的表面，且與該加熱元件204電連接；以及一絕緣保護層208設(shè)置于該加熱元件204 的表面。所述線熱源20的長度與直徑不限。優(yōu)選地，所述線熱源20的直徑為1.1毫米 1.1厘米。該電極206用于與外部加熱電源電連接。所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202為一維結(jié)構(gòu)，用于支撐加熱元件204。所述線狀支撐結(jié)構(gòu) 202的材料可為硬性材料，如陶瓷、玻璃、樹脂及石英等中的一種或多種，亦可以選擇柔性 材料，如塑料及柔性纖維等中的一種或多種，用以使該線熱源20在使用時根據(jù)需要彎折 成任意形狀。優(yōu)選地，所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的材料為絕緣材料。所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202 的長度、直徑以及形狀不限，可依據(jù)實際需要進行選擇。優(yōu)選地，所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的 直徑為1毫米 1厘米。本實施例中，該線狀支撐結(jié)構(gòu)202為一陶瓷桿，其直徑為1毫米。所述熱反射層210的材料為一對熱輻射具有較好反射效果的絕緣材料，如金屬 氧化物、金屬鹽及陶瓷等中的一種或多種。所述熱反射層210的厚度為100微米 0. 5毫米 本實施例中，熱反射層210的材料優(yōu)選為三氧化二鋁，其厚度為100微米。該熱反射層210 通過濺射的方法沉積于該線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面。所述熱反射層210可用來進一步反射加 熱元件204所發(fā)出的熱量，使其有效的散發(fā)到外界空間中去。該熱反射層210為一可選擇 結(jié)構(gòu)。所述加熱元件204包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。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)無需通過一支撐體支撐，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)包括多個碳納米管，該多個碳納米管通過范德華力相互吸引，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，在不通過支撐 體支撐時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)具有大量微孔，所述基體材料滲入該微孔中，與所述碳納米管結(jié)構(gòu)緊密 結(jié)合。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1. 7X10—6焦耳每平方厘米開爾文。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)置在線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。所述層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)為一二維結(jié)構(gòu)。該層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可包裹或纏繞在線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。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，請參閱圖4，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中具有大量的微孔，該基體材料2042滲透 于該層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044的微孔中。也可以理解為，此時，碳納米管結(jié)構(gòu)2044作為母 體，基體材料2042作為填充材料填充至作為母體的碳納米管結(jié)構(gòu)2044內(nèi)的孔隙中。當(dāng)該 層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)2044包括多個碳納米管膜時，該多個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包括單個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，該單個碳納米管線狀結(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包括多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu) 時，該多個碳納米管線狀結(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同時包括碳納米管膜和碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，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，請參閱圖5，所述層狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體2046以及一碳 納米管結(jié)構(gòu)2044復(fù)合于該基體2046中。該基體2046為層狀結(jié)構(gòu)，且該碳納米管結(jié)構(gòu)2044 分布于該基體2046中，優(yōu)選地，該碳納米管結(jié)構(gòu)2044在基體2046中均勻分布。該基體 2046可以將該碳納米管結(jié)構(gòu)2044完全包覆，且該基體2046的至少部分嵌入該碳納米管結(jié) 構(gòu)2044中。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)2044為多個平行且間隔設(shè)置的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，該碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)由線狀支撐結(jié)構(gòu)202的一端延伸至另一端。
所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)為一一維結(jié)構(gòu)。所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括兩 種情形。第一種，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。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)中具有大量的微孔，且基體材料滲透于 該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的微孔中。第二種，所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體以及至少 一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中。請參閱圖6，當(dāng)該加熱元件204為單個線狀碳納米 管復(fù)合結(jié)構(gòu)時，該單個線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)可以直接纏繞于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表 面。請參閱圖7，當(dāng)該加熱元件204包括多個線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)時，該多個線狀碳納米 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線狀支撐結(jié)構(gòu)202 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)可以包括至少一個碳納米管線、多個碳納米管線平行排列組成的束狀結(jié) 構(gòu)或多個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，碳納米管之間通過范德華力緊密結(jié) 合。該碳納米管膜中的碳納米管為無序或有序排列。這里的無序指碳納米管的排列無規(guī)則， 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 序排列的碳納米管時，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，碳納米管沿一個方向或者多個方向擇優(yōu)取向排列。本實施例中，優(yōu)選地， 所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個層疊設(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。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度為1微米 1毫米，碳納米管結(jié)構(gòu)在小于1秒的時間內(nèi)就可以達到最高溫度。而碳納米管單層膜在0.1毫秒時間內(nèi)就可以達到最高溫度。所以， 該線熱源20可適用于對物體快速加熱。 所述碳納米管拉膜為從碳納米管陣列中直接拉取獲得的一種具有自支撐性的碳 納米管膜。每一碳納米管拉膜包括多個沿同一方向擇優(yōu)取向且平行于碳納米管拉膜表面排 列的碳納米管。所述碳納米管通過范德華力首尾相連。請參閱圖8及圖9，具體地，每一碳 納米管拉膜包括多個連續(xù)且定向排列的碳納米管片段143。該多個碳納米管片段143通過 范德華力首尾相連。每一碳納米管片段143包括多個相互平行的碳納米管145，該多個相互 平行的碳納米管145通過范德華力緊密結(jié)合。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)，長度不限。所述碳納米管拉膜及其制備方法具體請參見 范守善等人于2007年2月9日申請的第CN101239712A號中國公開專利申請“碳納米管膜 結(jié)構(gòu)及其制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明 申請技術(shù)揭露的一部分。當(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，例如小于10微米，該碳納米管結(jié)構(gòu)有很好的透明度，其透光率可以達到96%，可 以用于制造一透明熱源。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括層疊設(shè)置的多層碳納米管拉膜時，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α，且α大于等于0度小于等于90 度(0° < α <90° )。所述多個碳納米管拉膜之間或一個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)中形成多個微孔，微孔的孔徑約小于10微米。本發(fā)明實施例的碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個沿相同方向?qū)盈B設(shè)置的碳納米管拉膜，從 而使碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管均沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述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。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊，并通過范德華力相互吸 弓丨，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基底的表面形成一夾角β，其 中，β大于等于0度且小于等于15度β <15° )，該夾角β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 該生長基底排列。該碳納米管碾壓膜為通過碾壓一碳納米管陣列獲得，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。具體地，請參閱圖10，當(dāng)沿同一 方向碾壓時，碳納米管沿一固定方向擇優(yōu)取向排列；請參閱圖11，當(dāng)沿不同方向碾壓時，碳 納米管沿不同方向擇優(yōu)取向排列；當(dāng)沿垂直于碳納米管陣列的方向碾壓時，碳納米管膜各 向同性。該碳納米管碾壓膜中碳納米管的長度大于50微米。所述碳納米管碾壓膜及其制 備方法具體請參見范守善等人于2007年6月1日申請的，于2008年12月3日公開的第 CN101314464A號中國專利申請“碳納米管薄膜的制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但 上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。該碳納米管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據(jù)實際需要選擇。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微孔，微孔的孔徑約小于10微 米。所述碳納米管結(jié)構(gòu)可包括至少一碳納米管絮化膜，該碳納米管絮化膜包括相互纏 繞且均勻分布的碳納米管。碳納米管的長度大于10微米，優(yōu)選地，碳納米管的長度大于等 于200微米且小于等于900微米。所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng) 絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，使得該碳納米管絮 化膜各向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑約小于 10微米。所述碳納米管絮化膜的長度和寬度不限。請參閱圖12，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具體請參見范守善等人于2007 年4月13日申請的，于2008年10月15日公開的第CN101284662A號中國專利申請“碳納 米管薄膜的制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用 于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā) 明申請技術(shù)揭露的一部分。所述碳納米管線包括多個沿碳納米管線軸向定向排列的碳納米管。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 拉膜通過有機溶劑處理得到。請參閱圖13，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個沿碳納米管線 長度方向排列的碳納米管。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線為采用一機械力將所述碳納米管拉膜兩 端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。請參閱圖14，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個繞碳納米管線軸向螺 旋排列的碳納米管。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線與扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長度不限，直徑為0. 5納 米 100微米。所述碳納米管線及其制備方法具體請參見范守善等人于2002年9月16日 申請的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國公告專利“一種碳納米管繩及 其制造方法”，以及于2007年6月20日公開的第CN1982209A號中國公開專利申請“碳納米 管絲及其制作方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明 申請技術(shù)揭露的一部分。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶 劑揮發(fā)時產(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減小，密度及強度增大。由于該碳納米管線為采用有機溶劑或機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)，所以該碳納米管線為自支撐結(jié)構(gòu)。另外，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微孔，且微孔的孔徑約小于10微米。所述基體材料可以選擇為高分子材料以及無機非金屬材料等中的一種或多種。該 基體材料或形成該基體材料的前驅(qū)體在一定溫度下為液態(tài)或氣態(tài)，從而使該基體材料或該 基體材料的前驅(qū)體在線熱源20的加熱元件204的制備過程中能夠滲透到該碳納米管結(jié)構(gòu) 的間隙或微孔中，與所述碳納米管結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，固化后形成一復(fù)合結(jié)構(gòu)。該基體材料應(yīng)具有一定的耐熱性能，使其在該線熱源20的工作溫度內(nèi)不致破壞、變形、熔化、氣化或分解。具體地，該高分子材料可以包括熱塑性聚合物及熱固性聚合物的一種或多種，如纖維素、聚對苯二甲酸乙酯、壓克力樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂、 環(huán)氧樹脂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。本實施例中，該基體材料為環(huán)氧樹脂。該基體材料可以為柔性高分子基底材 料。該柔性高分子基底材料可選自硅橡膠彈性體、聚氨脂及聚甲基丙烯酸甲酯中之一或其 組合物。由于所述碳納米管結(jié)構(gòu)中具有多個微孔，液態(tài)或氣態(tài)的基體材料或形成該基體材 料的前驅(qū)體可以滲入該碳納米管結(jié)構(gòu)的微孔內(nèi)部，與該碳納米管結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，固化后形 成碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。請參閱圖15，為沿垂直于碳納米管拉膜中碳納米管的排列方向拉斷 該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)得到的斷面照片。可以發(fā)現(xiàn)，與環(huán)氧樹脂復(fù)合后，該碳納米管結(jié)構(gòu)仍能 基本保持復(fù)合前的形態(tài)，碳納米管在環(huán)氧樹脂內(nèi)基本沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述基體材料可只填充于所述碳納米管結(jié)構(gòu)的微孔中，也可以進一步完全包覆整 個碳納米管結(jié)構(gòu)。當(dāng)該加熱元件204包括多個碳納米管結(jié)構(gòu)時，該多個碳納米管結(jié)構(gòu)可相 互間隔或相互接觸的設(shè)置于該基體材料中。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，如為碳納米管 膜時，碳納米管結(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)置在基體材料中；當(dāng)該碳 納米管結(jié)構(gòu)為線狀結(jié)構(gòu)，如為碳納米管線時，該線狀結(jié)構(gòu)可相互間隔或相互接觸的并排設(shè) 置在基體材料中。當(dāng)該碳納米管線或碳納米管膜間隔設(shè)置于基體材料中時，可以節(jié)省制備 該加熱元件204所需的碳納米管結(jié)構(gòu)的用量。另外，可視實際需要將碳納米管膜或碳納米 管線設(shè)置在基體材料的特定位置，從而使該加熱元件204在不同位置具有不同的加熱溫 度。可以理解，所述基體材料滲透于碳納米管結(jié)構(gòu)的微孔中，可以起到固定該碳納米 管結(jié)構(gòu)中的碳納米管的作用，使該線熱源在使用過程中碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管不致因 外力摩擦或刮劃而脫落。當(dāng)所述基體材料包覆整個碳納米管結(jié)構(gòu)時，該基體材料可進一步 保護該碳納米管結(jié)構(gòu)，同時保證該加熱元件204與外部絕緣。另外，該基體材料可進一步起 到導(dǎo)熱及使熱量分布均勻的目的。進一步地，當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)急劇升溫時，該基體材料可 以起到緩沖熱量的作用，使該加熱元件204的溫度變化較為柔和。該基體材料還可以增強 整個碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的柔性與韌性?？梢岳斫?，通過將基體材料與自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)直接復(fù)合形成加熱元件204， 可使碳納米管在加熱元件204中均勻分布，且碳納米管的含量可為 99%，提高了熱 源10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)與基體材料直接復(fù)合，可使復(fù)合后形成的加熱元件204 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204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)量百分含量可以達到99%。所述電極206的設(shè)置位置不限，只要與所述加熱元件204電連接即可。所述電極 206可設(shè)置在加熱元件204的同一表面上也可以設(shè)置在加熱元件204的不同表面上。所述 電極206可通過碳納米管結(jié)構(gòu)的粘性或?qū)щ娬辰Y(jié)劑(圖未示)設(shè)置于該加熱元件204的表 面上。導(dǎo)電粘結(jié)劑在實現(xiàn)電極206與碳納米管結(jié)構(gòu)電接觸的同時，還可將電極206更好地固定于碳納米管結(jié)構(gòu)的表面上。具體地，該導(dǎo)電粘結(jié)劑可以為銀膠。通過該兩個電極206可以對加熱元件204施加電壓。其中，兩個電極206之間相隔設(shè)置，以使采用碳納米管結(jié)構(gòu) 的加熱元件204通電發(fā)熱時接入一定的阻值避免短路現(xiàn)象產(chǎn)生。優(yōu)選地，由于線狀支撐結(jié) 構(gòu)202直徑較小，兩個電極206間隔設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的兩端，并環(huán)繞設(shè)置于加熱元 件204的表面。具體地，當(dāng)該加熱元件204的基體材料只填充于該碳納米管結(jié)構(gòu)的微孔中時，由 于該碳納米管結(jié)構(gòu)中部分碳納米管的部分暴露于該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，該電極206可 以設(shè)置在加熱元件204的表面上，從而使電極206與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。該電極206可以 設(shè)置在加熱元件204的同一表面上也可以設(shè)置在加熱元件204的不同表面上。另外，當(dāng)該 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的基體材料包覆整個碳納米管結(jié)構(gòu)時，為使該電極206與該碳納米管結(jié) 構(gòu)電連接，該電極206可設(shè)置于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中，并直接與碳納米管結(jié)構(gòu)接觸。此時， 為使該電極206與外部電源導(dǎo)通，該電極206可部分暴露于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)之外；或者， 該線熱源20可進一步包括兩條引線，分別與該兩個電極206電連接，并從該碳納米管復(fù)合 結(jié)構(gòu)內(nèi)部引出。當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管有序排列時，優(yōu)選地，該碳納米管的排列方向沿 從一個電極206至另一電極206方向延伸。具體地，當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米 管拉膜時，所述兩個電極206分別設(shè)置于該碳納米管拉膜的兩端，使碳納米管拉膜中的碳 納米管從一個電極206至另一電極206的方向首尾相連定向排列。所述電極206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(ITO)、銻錫氧化物(ΑΤΟ)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物等。該導(dǎo)電薄膜可以通 過物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法或其它方法形成于加熱元件204表面。該金屬片或者 金屬引線的材料可以為銅片或鋁片等。該金屬片可以通過導(dǎo)電粘結(jié)劑固定于加熱元件204 表面。所述電極206還可以為一碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管結(jié)構(gòu)可通過其自身的粘性或 導(dǎo)電粘結(jié)劑固定于熱反射層210或線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。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。本實施例中，優(yōu)選地，將兩個碳納米管拉膜分別設(shè)置于沿線狀支撐結(jié)構(gòu)202長度 方向的兩端作為電極206。該兩個碳納米管拉膜環(huán)繞于加熱元件204的內(nèi)表面，并通過導(dǎo)電 粘結(jié)劑與加熱元件204之間形成電接觸。所述導(dǎo)電粘結(jié)劑優(yōu)選為銀膠。由于本實施例中的 加熱元件204也采用碳納米管結(jié)構(gòu)，所以電極206與加熱元件204之間具有較小的歐姆接 觸電阻，可以提高線熱源20對電能的利用率?？梢岳斫?，電極206的結(jié)構(gòu)和材料均不限，只要能向所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中輸 入電流的方式都在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。所述絕緣保護層208的材料為一絕緣材料，如橡膠及樹脂等中的一種或多種。所 述絕緣保護層208厚度不限，可以根據(jù)實際情況選擇。所述絕緣保護層208的厚度為0. 5 2毫米。本實施例中，該絕緣保護層208的材料采用橡膠，其厚度為0.5毫米。所述絕緣保 護層208用來防止該線熱源20在使用時與外界形成電接觸，同時還可以防止加熱層204中 的碳納米管結(jié)構(gòu)吸附外界雜質(zhì)?？梢岳斫?，該絕緣保護層208為一可選擇結(jié)構(gòu)。
碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能以及熱穩(wěn)定性，且作為一理想的黑體結(jié)構(gòu)，具有比 較高的熱輻射效率。將本實施例的線熱源20的兩個電極206連接導(dǎo)線后接入電源，施加一 定電壓于所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，線熱源20中的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)即可輻射出一定波長 范圍的電磁波。該線熱源20在碳納米管結(jié)構(gòu)的面積大小一定時，通過調(diào)節(jié)電源電壓大小和 碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度，可以輻射出不同波長范圍的電磁波。電源電壓的大小一定時，碳納米 管結(jié)構(gòu)的厚度和線熱源20輻射出電磁波的波長的變化趨勢相反。即當(dāng)電源電壓大小一定 時，碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度越厚，線熱源20輻射出電磁波的波長越短；碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度 越薄，線熱源20輻射出電磁波的波長越長。具體地，該碳納米管結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生一紅外線熱 輻射。碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度一定時，電源電壓的大小和線熱源20輻射出電磁波的波長成反 比。即當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度一定時，電源電壓越大，線熱源20輻射出電磁波的波長越短； 電源電壓越小，線熱源20輻射出電磁波的波長越長。可以理解，該線熱源20在應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)基體材料的耐熱性限制施加在兩個電極 206兩端的電壓大小，使碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的發(fā)熱溫度控制在該基體材料能耐受的溫度范 圍內(nèi)。例如，當(dāng)該基體材料為有機高分子聚合物時，該電壓小于等于10伏，該熱源的發(fā)熱溫 度為120°C以下。當(dāng)該基體材料為陶瓷時，該電壓范圍為10伏 30伏，該熱源的發(fā)熱溫度 可為 120°C 500°C。 當(dāng)該線熱源20的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的基體材料為柔性的聚合物材料，且線狀 支撐結(jié)構(gòu)202也由柔性材料制作時，該線熱源20為一柔性線熱源20。該線熱源20在使用 時，可以將其設(shè)置于所要加熱的物體表面或?qū)⑵渑c被加熱的物體間隔設(shè)置，利用其熱輻射 即可進行加熱。另外，還可以將多個該線熱源20排列或編織成各種預(yù)定的圖形使用。該柔 性的線熱源20可以用于制造自發(fā)熱的取暖服、取暖手套或取暖鞋、電加熱器、紅外治療儀、 電暖器等，具有廣泛的應(yīng)用范圍。請參閱圖16，本發(fā)明第一實施例進一步提供一種線熱源20的制備方法，其具體包 括以下步驟步驟S101，提供一碳納米管結(jié)構(gòu)。根據(jù)碳納米管結(jié)構(gòu)的不同，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法包括直接拉膜法、碾壓 法、絮化法等。下面將對上述幾種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法進行分別敘述。(一 )當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管拉膜，該碳納米管結(jié)構(gòu)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基底，該陣列優(yōu)選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 平整生長基底，該生長基底可選用P型或N型硅生長基底，或選用形成有氧化層的硅生長基 底，本發(fā)明實施例優(yōu)選為采用4英寸的硅生長基底；(b)在生長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 理過的生長基底置于反應(yīng)爐中，在保護氣體環(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，生長得到碳納米管陣列。該碳納米管陣列為多個彼此平行且垂 直于生長基底生長的碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過上述控制生長條件，該定向排列的碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本發(fā)明實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，長度為50納米 5毫米。 本實施例中，碳納米管的長度優(yōu)選為100 900微米。本發(fā)明實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)明實施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本發(fā)明實施例優(yōu)選的保 護氣體為氬氣?？梢岳斫猓景l(fā)明實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 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或具有一定寬度的 多個碳納米管，本實施例 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 以選定一個或具有一定寬度的多個碳納米管；(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碳納米管片段，進而形成一連續(xù)的碳納米管膜。該拉取方向沿基本 垂直于碳納米管陣列的生長方向。在上述拉伸過程中，該多個碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長 基底的同時，由于范德華力作用，該選定的多個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膜。該碳納米管 膜包括多個首尾相連的碳納米管，該碳納米管基本沿拉伸方向排列。請參閱圖8及圖9，該 碳納米管膜包括多個擇優(yōu)取向排列的碳納米管145。進一步地，所述碳納米管膜包括多個 首尾相連且定向排列的碳納米管片段143，碳納米管片段143兩端通過范德華力相互連接。 該碳納米管片段143包括多個相互平行排列的碳納米管145。該直接拉伸獲得碳納米管膜 的方法簡單快速，適宜進行工業(yè)化應(yīng)用。該碳納米管膜的寬度與碳納米管陣列的尺寸有關(guān)，該碳納米管膜的長度不限，可 根據(jù)實際需求制得。當(dāng)該碳納米管陣列的面積為4英寸時，該碳納米管膜的寬度為0. 5納 米 10厘米，該碳納米管膜的厚度為0. 5納米 100微米。 最后，利用上述碳納米管拉膜制備碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管拉膜可以直接作為一碳納米管結(jié)構(gòu)使用。進一步，還可以將至少兩個 碳納米管拉膜平行無間隙或/和重疊鋪設(shè)得到一碳納米管結(jié)構(gòu)。由于該碳納米管拉膜具有 較大的比表面積，因此該碳納米管拉膜具有較大粘性，故多層碳納米管膜可以相互緊密結(jié) 合形成一碳納米管結(jié)構(gòu)。該碳納米管結(jié)構(gòu)中，碳納米管拉膜的層數(shù)不限，且相鄰兩層碳納米 管拉膜之間具有一交叉角度α，0° < α <90°，具體可依據(jù)實際需求制備。本實施例中，進一步包括用有機溶劑處理碳納米管結(jié)構(gòu)的步驟，該有機溶劑為揮 發(fā)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 中的有機溶劑采用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟具體為將該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于一 基底表面或一框架結(jié)構(gòu)上，通過試管將有機溶劑滴落在碳納米管結(jié)構(gòu)表面浸潤整個碳納米 管結(jié)構(gòu)，或者，也可將上述碳納米管結(jié)構(gòu)浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。所述的碳納米管 結(jié)構(gòu)經(jīng)有機溶劑浸潤處理后，當(dāng)碳納米管膜的層數(shù)較少時，在表面張力的作用下，碳納米管 膜中相鄰的碳納米管會收縮成間隔分布的碳納米管線。而當(dāng)碳納米管膜的層數(shù)較多時，有機溶劑處理后的多層碳納米管膜為一均勻的膜狀結(jié)構(gòu)。有機溶劑處理后，碳納米管結(jié)構(gòu)的 粘性降低，更便于使用。所述碳納米管拉膜及其制備方法具體請參見范守善等人于2007年2月9日申請 的第CN101239712A號中國公開專利申請“碳納米管膜結(jié)構(gòu)及其制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅 引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。(二)當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管碾壓膜，該碳納米管結(jié)構(gòu)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 程為該施壓裝置施加一定的壓力于上述碳納米管陣列上。在施壓的過程中，碳納米管 陣列在壓力的作用下會與生長基底分離，從而形成由多個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。具體地，當(dāng)采用平面壓頭沿垂直于上述碳 納米管陣列生長基底的方向擠壓時，可獲得各向同性的碳納米管碾壓膜；當(dāng)采用滾軸狀壓 頭沿某一固定方向碾壓時，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，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?，當(dāng)采用上述不同方式擠壓上述的碳納米管陣列時，碳納米管會在壓力 的作用下傾倒，并與相鄰的碳納米管通過范德華力相互吸引、連接形成由多個碳納米管組 成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的碳納米管碾壓膜。所述的多個碳納米管與該生長基底的表面成一夾 角β，其中，β大于等于零度且小于等于15度(0°彡β <15° )。依據(jù)碾壓的方式不同， 該碳納米管碾壓膜中的碳納米管可以沿一固定方向擇優(yōu)取向排列，請參閱圖10 ；或沿不同 方向擇優(yōu)取向排列，請參閱圖11。另外，在壓力的作用下，碳納米管陣列會與生長的基底分 離，從而使得該碳納米管碾壓膜容易與基底脫離，從而形成一自支撐的碳納米管碾壓膜。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與壓力的大小有關(guān)， 壓力越大，傾角(即碳納米管與碳納米管陣列生長方向的夾角)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 列所生長的基底的尺寸有關(guān)，該碳納米管碾壓膜的長度不限，可根據(jù)實際需求制得。本發(fā)明 實施例中獲得的碳納米管碾壓膜的厚度為1微米 2毫米。上述碳納米管碾壓膜中包括多個沿同一方向或擇優(yōu)取向排列的碳納米管，所述碳 納米管之間通過范德華力相互吸引，因此該碳納米管碾壓膜具有很好的韌性。該碳納米管 碾壓膜中，碳納米管均勻分布，規(guī)則排列。
可以理解，該碳納米管碾壓膜具有一定的厚度，且通過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)。
該碳納米管碾壓膜中碳納米管的長度大于50微米。所述碳納米管碾壓膜及其制 備方法具體請參見范守善等人于2007年6月1日申請的，于2008年12月3日公開的第 CN101314464A號中國專利申請“碳納米管薄膜的制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但 上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分。(三)當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管絮化膜時，該碳納米管結(jié)構(gòu)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，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理以獲得 一碳納米管膜。本發(fā)明實施例中，溶劑可選用水、易揮發(fā)的有機溶劑等。絮化處理可通過采用超聲 波分散處理或高強度攪拌等方法。優(yōu)選地，本發(fā)明實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 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；靜置干燥一段時間從而獲得一 分離的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，圖17為該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的照片。本發(fā)明實施例中，所述的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的定型處理過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；施加 一定壓力于攤開的碳納米管絮狀結(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。可以理解，本發(fā)明實施例可通過控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開的面積來控制該碳 納米管絮化膜的厚度和面密度。碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開的面積越大，則該碳納米管絮化膜 的厚度和面密度就越小。本發(fā)明實施例中獲得的碳納米管絮化膜的厚度為1微米 2毫米。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抽濾的方式實 現(xiàn)，具體包括以下步驟提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的 溶劑經(jīng)過該微孔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。該微孔濾 膜為一表面光滑、孔徑為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)過抽濾會直接形成一均勻的碳納米管絮化 膜。且，由于微孔濾膜表面光滑，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。
請參見圖12，上述碳納米管絮化膜中包括相互纏繞的碳納米管，所述碳納米管之 間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因此該碳納米管絮化膜具有很好的韌 性。該碳納米管絮化膜中，碳納米管均勻分布，無規(guī)則排列，使得該碳納米管絮化膜各向同 性?？梢岳斫猓撎技{米管絮化膜具有一定的厚度，且通過控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu) 攤開的面積以及壓力大小可以控制其厚度。所以該碳納米管絮化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)。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具體請參見范守善等人于2007年4月13日申請 的，于2008年10月15日公開的第CN101284662A號中國專利申請“碳納米管薄膜的制備方 法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的 一部分。(四)當(dāng)該碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，該碳納米管結(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步驟(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，或為采用機械外力扭轉(zhuǎn)該碳納米管拉膜，從而得到一扭轉(zhuǎn)的碳納 米管線。采用有機溶劑處理該碳納米管拉膜的步驟具體為將有機溶劑浸潤所述碳納米管 拉膜的整個表面，在揮發(fā)性有機溶劑揮發(fā)時產(chǎn)生的表面張力的作用下，碳納米管拉膜中的 相互平行的多個碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，從而使碳納米管拉膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的 碳納米管線。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施 例中采用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線與未經(jīng)有機溶劑處理的碳納米管拉 膜相比，比表面積減小，粘性降低?？梢岳斫猓摬捎糜袡C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步驟(一)中采用有機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，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。采用機械外力扭轉(zhuǎn)該碳納米管拉膜的步驟為采用一機械力將所述碳納米管膜兩 端沿相反方向扭轉(zhuǎn)。本發(fā)明實施例中，具體可以提供一個尾部可以粘住碳納米管拉膜的紡 紗軸。將該紡紗軸的尾部與碳納米管拉膜結(jié)合后，將該紡紗軸以旋轉(zhuǎn)的方式旋轉(zhuǎn)該碳納米 管拉膜，形成一扭轉(zhuǎn)的碳納米管線?？梢岳斫?，上述紡紗軸的旋轉(zhuǎn)方式不限，可以正轉(zhuǎn)，也可 以反轉(zhuǎn)，或者正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)相結(jié)合。進一步地，可采用一揮發(fā)性有機溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機溶 劑揮發(fā)時產(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)有機溶劑處理的 扭轉(zhuǎn)的碳納米管線相比密度及強度均增大。
所述碳納米管線及其制備方法具體請參見范守善等人于2002年9月16日申請的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C號中國公告專利“一種碳納米管繩及其制 造方法”，以及于2005年12月16日申請的第CN1982209A號中國公開專利申請“碳納米管 絲及其制作方法”。為節(jié)省篇幅，僅引用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申 請技術(shù)揭露的一部分。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 納米管線狀結(jié)構(gòu)使用。另外，可以將多個碳納米管線平行排列成一束狀結(jié)構(gòu)的碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)，或者將該平行排列的多個碳納米管線經(jīng)一扭轉(zhuǎn)步驟得到一絞線結(jié)構(gòu)的碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)。進一步地，可以將該多個碳納米管線或碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相互平行設(shè)置、交叉設(shè)置 或編織成一層狀的碳納米管結(jié)構(gòu)。步驟S102，提供一線狀支撐結(jié)構(gòu)202，并將該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于該線狀支撐結(jié) 構(gòu)202的表面。所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202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、樹脂、石英等，亦可以選擇柔性材料，如塑料或柔性纖維等。本實施例優(yōu)選的線狀支 撐結(jié)構(gòu)202為一陶瓷桿。將上述碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面的方法為由于碳納米 管結(jié)構(gòu)具有粘性，所以可以將一碳納米管結(jié)構(gòu)直接纏繞或包裹于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202表 面，并通過其粘性固定于線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面?；蛘?，也可以通過粘結(jié)劑將一碳納米管結(jié) 構(gòu)固定于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202表面。所述粘結(jié)劑為硅膠?？梢岳斫猓鎏技{米管結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式與該碳納米管結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng) 碳納米管結(jié)構(gòu)包括碳納米管拉膜或碳納米管碾壓膜，且碳納米管碾壓膜中碳納米管沿同一 方向或不同方向擇優(yōu)取向排列時，需保證該碳納米管結(jié)構(gòu)中的部分碳納米管由線狀支撐結(jié) 構(gòu)202的一端向另一端排列。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括絮化膜或包括碳納米管碾壓膜，且碳納 米管碾壓膜中碳納米管各向同性時，所述碳納米管結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式不限。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu) 包括碳納米管線狀結(jié)構(gòu)時，可以將單個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)纏繞于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面 或?qū)⒍鄠€碳納米管線狀結(jié)構(gòu)平行、交叉或編織設(shè)置成一層狀碳納米管結(jié)構(gòu)后，再包裹于線 狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。可以理解，當(dāng)將多個碳納米管線狀結(jié)構(gòu)平行設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu) 202的表面時，碳納米管線狀結(jié)構(gòu)需沿線狀支撐結(jié)構(gòu)202的長度方向設(shè)置。本實施例中，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)包裹于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。進一步，在將碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面之前，還可以形成一 熱反射層210于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。于線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面形成一熱反射層210 的方法包括涂覆及鍍膜中的一種或多種。所述熱反射層210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，熱反射層210材料優(yōu)選為三氧化二鋁，其厚度 為100微米。步驟S 103，間隔形成兩個電極206，并將該兩個電極206分別與該碳納米管結(jié)構(gòu)形成電連接。所述的兩個電極206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 部分碳納米管沿著其中一個電極206向另一個電極206的方向延伸。所述的兩個電極206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，且兩 個電極206環(huán)繞設(shè)置于碳納米管結(jié)構(gòu)的表面。其中，兩個電極206間隔設(shè)置，以使碳納米管 結(jié)構(gòu)應(yīng)用于線熱源20時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，故電極206可以與碳納米管結(jié)構(gòu)之間形成很好的電接觸。所述電極206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(ITO)、銻錫氧化物(ΑΤΟ)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物等。該導(dǎo)電薄膜可以通 過物理氣相沉積法，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導(dǎo)電粘結(jié)劑固定于碳納米管結(jié)構(gòu)表面。 本實施例中，通過濺射法分別于該碳納米管結(jié)構(gòu)表面沉積兩個鈀膜作為電極206，然后將該 兩個鈀膜分別與一導(dǎo)電引線電連接。
所述電極206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，將兩個碳納米管拉膜分別設(shè)置于沿線狀支撐結(jié)構(gòu)202長度方向的兩 端作為電極206?？梢岳斫?，本實施例中，還可以先在碳納米管結(jié)構(gòu)的表面形成兩個平行且間隔設(shè) 置的電極206，且該電極206與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。然后，將該形成有電極206的碳納米 管結(jié)構(gòu)設(shè)置于上述線狀支撐結(jié)構(gòu)202的表面。在形成兩個電極206后，可進一步形成兩條 導(dǎo)電引線，分別從兩個電極206引出至外部電源。步驟S104，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)。所述將基體材料預(yù)制體與碳納米 管結(jié)構(gòu)復(fù)合的方法包括涂覆，沉積，印刷，浸漬以及噴涂中的一種或多種。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，可通過將該液態(tài)基體材料預(yù)制體浸潤該碳納米管 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)的微孔中，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，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)的微孔中，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，可以通過涂覆、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)，請參閱圖18，該方法具體包括以下步驟步驟S1041 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。所述液態(tài)熱固性高分子材料14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。所述熱固性高分子材料包括高分子材料和固化劑、改性劑、填料或者稀釋 劑等添加物。其中，高分子材料的含量占所述熱固性高分子材料質(zhì)量的70% 95%，所述 添加物的含量占所述熱固性高分子材料質(zhì)量的5% 30%。所述高分子材料為酚醛樹脂、 環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚苯并惡嗪樹脂、氰酸酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氨酯、聚甲 基丙烯酸甲酯和不飽和聚酰樹脂等中一種或者幾種混合。所述固化劑用于促進所述熱固性 高分子材料的固化，其包括脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類和叔胺中一種或 者幾種混合。所述改性劑用于改善所述熱固性高分子材料的柔性、抗剪、抗彎、抗沖或者提 高絕緣性等。常用改性劑包括聚硫橡膠、聚酰胺樹脂、聚乙烯醇叔丁醛或者丁腈橡膠類中一 種或者幾種混合。所述填料用于改善所述熱固性高分子材料固化時的散熱條件，用了填料 也可以減少所述熱固性高分子材料的用量，降低成本。常用填料包括石棉纖維、玻璃纖維、 石英粉、瓷粉、氧化鋁和硅膠粉中一種或者幾種混合。所述稀釋劑用于降低樹脂粘度，改善 樹脂的滲透性。所述稀釋劑包括二縮水甘油醚、多縮水甘油醚、環(huán)氧丙烷丁基醚、環(huán)氧丙烷 苯基醚、二環(huán)氧丙烷乙基醚、三環(huán)氧丙烷丙基醚和烯丙基苯酚中的一種或者幾種混合。本發(fā)明實施例優(yōu)選以環(huán)氧樹脂制備液態(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為止。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)氧樹脂的液態(tài)熱固性高分子材料。步驟S1042 采用所述液態(tài)熱固性高分子材料浸潤所述碳納米管結(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)的線狀支撐結(jié)構(gòu)202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所述模具中，浸潤所述碳納米管結(jié)構(gòu)。 為了讓液態(tài)熱固性高分子材料充分浸潤所述碳納米管結(jié)構(gòu)，浸潤所述碳納米管結(jié)構(gòu)的時間 不能少于10分鐘。本實施例中將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)氧樹脂的液態(tài)熱固性高分子材料注射進所述模具中，浸潤所述碳納米管結(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毛細(xì)作用被吸入到所述碳納米管結(jié)構(gòu)中，浸潤所述碳納米管結(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。
步驟S1043 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)。本實施例中，含環(huán)氧樹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)氧樹脂的熱 固性高分子材料為液態(tài)，維持該溫度1小時 3小時，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 3小時，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 20小時，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)?？梢岳斫?，上述方法還可以將該模具一次加熱至110°C 150°C進行固化。上述制 備碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的具體步驟可參見范守善等人于2007年12月14日申請的申請?zhí)枮?200710125109.8的中國大陸專利申請“碳納米管復(fù)合材料的制備方法”。為節(jié)省篇幅，僅引 用于此，但上述申請所有技術(shù)揭露也應(yīng)視為本發(fā)明申請技術(shù)揭露的一部分?？梢岳斫?，上述步驟S103中形成電極206的步驟可在步驟S104形成該碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)之后進行。當(dāng)該基體材料僅填充于該碳納米管結(jié)構(gòu)的微孔中，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，可采用與步驟S103相同的方法將兩個電極206直接形 成于該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，并與碳納米管結(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，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，進而采用與步驟S103相同的方法將該兩個電極206與暴露 出來的碳納米管結(jié)構(gòu)電連接。進一步，本實施例還可以形成一絕緣保護層208于該加熱元件204的外表面，并將 加熱元件204覆蓋。所述絕緣保護層208的材料為一絕緣材料，如橡膠、樹脂等。所述絕 緣保護層208厚度不限，可以根據(jù)實際情況選擇。本實施例中，該絕緣保護層208的材料采 用橡膠，其厚度為0. 5毫米。該絕緣保護層208可通過粘結(jié)劑或機械固定的方法固定于加 熱元件204表面。另外，當(dāng)該絕緣保護層208的材料為一熱塑性聚合物時，可將該熱塑性聚 合物在高溫下于融化狀態(tài)涂敷或包裹于加熱元件204表面，待低溫時固化形成該絕緣保護 層208。另外，當(dāng)該絕緣保護層208為一柔性聚合物，如一聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄 膜時，可通過一熱壓步驟，將該絕緣保護層205與該加熱元件204疊加并熱壓，使絕緣保護 層208與加熱元件204牢固結(jié)合。請參見圖19，可選擇地，當(dāng)本發(fā)明第一實施例中的加熱元件204為一柔性碳納米 管復(fù)合結(jié)構(gòu)時，該線熱源20可通過以下方法制備，具體包括以下步驟步驟S401，提供一碳納米管結(jié)構(gòu)。步驟S402，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)。步驟S403，提供一線狀支撐結(jié)構(gòu)202，并將該柔性碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)置于線狀 支撐結(jié)構(gòu)202的表面。
步驟S404，間隔形成兩個電極206，并將該兩個電極206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，可進一步 通過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，從而確保電極 206與碳納米管結(jié)構(gòu)電連接?？梢岳斫?，也可以預(yù)先形成兩個電極206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)。請參閱圖20，本發(fā)明第二實施例提供一種線熱源30，該線熱源30包括一加 熱元件 304、以及兩個電極302間隔設(shè)置且與該加熱元件304電連接。該加熱元件304包括一線狀 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第一實施例中的所述線狀碳納米 管復(fù)合結(jié)構(gòu)相同。所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以及基體材 料，所述基體材料滲透于所述至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)中。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)包括多 個微孔，所述基體材料滲透于該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的微孔中。所述線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu) 還可以包括一基體以及至少一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中?？梢岳斫猓瑢⒃撎技{米 管線狀結(jié)構(gòu)直接放置于模具中，然后將液態(tài)熱固性高分子材料注入到模具中浸潤該碳納米 管線狀結(jié)構(gòu)，最后加熱固化即可制備該線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以 及基體材料與本發(fā)明第一實施例中的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以及基體材料相同。由于碳納米管 線狀結(jié)構(gòu)具有自支撐特性，該線狀碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)也具有自支撐特性。所述電極302可 環(huán)繞在該線狀碳納米管復(fù)合材料的表面并與所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)電連接。所述電極302 的材料與本發(fā)明第一實施例中的電極206相同。所述的線熱源及其制備方法具有以下優(yōu)點第一，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)與基體材料直接復(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)量百分含量可以達到99%，使該熱源具有更高的加熱性能。另外，該基體材 料的種類不限于聚合物，使該熱源的應(yīng)用范圍更力曠泛。第二，由于碳納米管具有較好的強度及 韌性，碳納米管結(jié)構(gòu)的強度較大，柔性較好，不易破裂，使其具有較長的使用壽命，特別的，當(dāng)該碳 納米管結(jié)構(gòu)與柔性基體材料復(fù)合形成加熱元件時，可制備一柔性熱源，使該熱源具有更廣的應(yīng)用 范圍。第三，碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納米管均勻分布，因此加熱元件具有均勻的厚度及電阻，發(fā)熱均 勻。由于碳納米管的電熱轉(zhuǎn)換效率高，所以該線熱源具有升溫迅速、熱滯后小、熱交換速度快、輻 射效率高的特點。第四，碳納米管的直徑較小，使得碳納米管結(jié)構(gòu)可以具有較小的厚度，可以制備 微型線熱源，應(yīng)用于微型器件的加熱。第五，當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包括碳納米管拉膜時，該碳納米管拉 膜中碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向排列，具有較好的導(dǎo)電性能，使該熱源具有較好的加熱性能。 第六，該形成自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)，并將該碳納米管結(jié)構(gòu)與基體材料直接復(fù)合形成加熱元件的 方法簡單，且碳納米管在加熱元件中的含量可方便的控制。與基體材料復(fù)合后，該碳納米管結(jié)構(gòu) 仍能保持原有的形態(tài)，具有與純碳納米管結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)陌l(fā)熱性能。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)明所要求保護的范圍之內(nèi)。具體地，對于權(quán)利要求書中方法 權(quán)利要求的范圍，各步驟的順序不應(yīng)局限于權(quán)利要求項中所敘述的順序，各步驟的按照其 他順序?qū)嵤┑?，并且使用本發(fā)明構(gòu)思的也應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
2權(quán)利要求
一種線熱源，其特征在于，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)；一加熱元件設(shè)置于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面；以及兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接；所述加熱元件包括至少一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中，且該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管與碳 納米管膜結(jié)構(gòu)的表面成一夾角β，其中，β大于等于O度且小于等于15度。
3.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管部分 交疊，并通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述的碳納米管膜結(jié)構(gòu)的厚度為1微米至 1毫米。
5.如權(quán)利要求4所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)的單位面積熱容小 于2 X ΙΟ"4焦耳每平方厘米開爾文。
6.如權(quán)利要求4所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)的單位面積熱容小 于等于1. 7X 10_6焦耳每平方厘米開爾文。
7.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述至少一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)纏繞或包 覆于所述線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面。
8.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述基體完全包覆該碳納米管膜結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述基體至少部分嵌入該碳納米管膜結(jié) 構(gòu)中。
10.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述基體材料包括高分子材料以及無機 非金屬材料中的一種或多種。
11.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述至少兩電極分別與所述碳納米管膜 結(jié)構(gòu)電連接。
12.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述線熱源進一步包括一熱反射層，所 述熱反射層設(shè)置在所述加熱元件與線狀支撐結(jié)構(gòu)之間，該熱反射層的材料為金屬氧化物、 金屬鹽及陶瓷中的一種或多種。
13.如權(quán)利要求1所述的線熱源，其特征在于，所述線熱進一步包括一絕緣保護層保護 層設(shè)置于加熱元件表面。
14.一種線熱源，其特征在于，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)；一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面；以及兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接，所述加熱元件包括至少一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一碳納米管 膜結(jié)構(gòu)以及基體材料，該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多 個碳納米管，所述基體材料復(fù)合于該碳納米管膜結(jié)構(gòu)中。
15.如權(quán)利要求14所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)具有多個微孔，所述基體材料滲透于該碳納米管膜結(jié)構(gòu)的微孔中。
16.如權(quán)利要求15所述的線熱源，其特征在于，所述微孔孔徑小于10微米。
17.一種線熱源，其特征在于，其包括 一線狀支撐內(nèi)芯；一加熱元件環(huán)繞包覆所述線狀支撐內(nèi)芯，所述加熱元件包括至少一碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中，且該碳納米管 膜結(jié)構(gòu)包括沿沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管； 兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接；以及 一絕緣保護層保護層包覆該加熱元件。
18.如權(quán)利要求17所述的線熱源，其特征在于，所述碳納米管膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管與 碳納米管膜結(jié)構(gòu)的表面成一夾角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種線熱源，其包括一線狀支撐結(jié)構(gòu)，一加熱元件設(shè)置于線狀支撐結(jié)構(gòu)的表面，以及兩個電極，該兩個電極間隔設(shè)置且與該加熱元件電連接，所述加熱元件包括至少一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一基體及一碳納米管膜結(jié)構(gòu)復(fù)合于該基體中，且該碳納米管膜結(jié)構(gòu)包括沿一固定方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管。該線熱源可以用于制造自發(fā)熱的取暖服、取暖手套或取暖鞋、電加熱器、紅外治療儀、電暖器等，具有廣泛的應(yīng)用范圍。
文檔編號B82B1/00GK101868071SQ20091010680
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者劉長洪, 姜開利, 王佳平, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司