專利名稱：碳納米管散熱片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用凹版印刷涂敷了碳納米管(CarbonNanoTube，簡(jiǎn)稱CNT)溶液的高分子面狀散熱片，更詳細(xì)地涉及一種作為基于凹版印刷的面狀散熱體，在雙軸拉伸的透明PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優(yōu)秀的碳納米管油墨，從而能在短時(shí)間內(nèi)提升溫度，沒(méi)有折斷或發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性，耗電少的面狀散熱片。
背景技術(shù)：
普通的汽車座椅利用薄的電導(dǎo)線通過(guò)瞬間性高電流將溫度提升，通過(guò)利用溫度傳感器或雙金屬的時(shí)而接通時(shí)而斷開電流的方式維持規(guī)定溫度。然而，上述的產(chǎn)品由于存在斷路引起的運(yùn)行中斷現(xiàn)象或以電導(dǎo)線為中心發(fā)生高溫現(xiàn)象，導(dǎo)致熱量向周邊流出產(chǎn)生熱損失，由于手動(dòng)進(jìn)行電線的排列工作，因而存在根據(jù)不同產(chǎn)品其散熱均勻度下降的問(wèn)題。用于汽車的面狀散熱體的制作需要符合12Volt (伏特)，但用現(xiàn)有碳漿制作的情況下，為了防止局部溫度上升而需要制作成網(wǎng)狀，用作電極的銀漿也由于隨著距離而發(fā)生變化的電阻和碳漿與銀漿間的斷路而使用四個(gè)以上導(dǎo)線，這最終導(dǎo)致產(chǎn)品的大小受限。因此，現(xiàn)有產(chǎn)品具有難以在12Volt的條件下制作成250mmX 300mm以上的面狀散熱體，不均勻的溫度上升會(huì)導(dǎo)致散熱耐久性下降的缺陷。圖1是表示現(xiàn)有熱線散熱體的加熱機(jī)制的圖，由于被加熱體與散熱線的接觸面為局部性，因而對(duì)被加熱體的傳熱效率降低，升至最高溫度的升溫時(shí)間也緩慢。圖4是普通碳的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。普通碳只有在使碳和金屬在粘結(jié)劑中部分混合之后粒子間發(fā)生接觸的情況下才會(huì)通電，據(jù)此在粒子間發(fā)生短路的情況下，電集中在未發(fā)生短路的特定部位導(dǎo)致產(chǎn)生高溫現(xiàn)象，由于累積的能量而發(fā)生短路。由于利用普通導(dǎo)電性碳的電阻漿料具有作為碳的特性的負(fù)㈠的電阻溫度系數(shù)， 因而反復(fù)使用時(shí)會(huì)致使電阻數(shù)值降低而難以確?？煽啃?。并且，由于金屬性物質(zhì)具有正(+) 的電阻溫度系數(shù)，因而反復(fù)使用時(shí)會(huì)致使電阻數(shù)值升高而難以確保可靠性。韓國(guó)實(shí)用新型授權(quán)第207322號(hào)揭示了一種具有散熱功能的汽車座椅，其特征在于，利用由經(jīng)紗排列而織造的棉紗或天然纖維和以與棉紗或天然纖維相同的方向進(jìn)行配置并以規(guī)定間隔隔開地進(jìn)行配置的方式織造的銅線以及在棉紗或天然纖維上涂敷碳而用緯紗織造的散熱紗進(jìn)行織造，由以能夠在規(guī)定溫度范圍內(nèi)接通/關(guān)閉的方式附著于在上下面形成聚氨酯涂敷層的散熱板體上的溫度傳感器構(gòu)成，銅線的端子具有與車輛用電源連接的連接端子。韓國(guó)實(shí)用新型授權(quán)第300692號(hào)揭示了一種基于絲網(wǎng)印刷的面狀散熱體，該基于絲網(wǎng)印刷的面狀散熱體作為一種基于絲網(wǎng)印刷的通常的面狀散熱體，在由合成樹脂材料形成的板狀底板上面形成為以多級(jí)結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò)排列的多個(gè)階梯形狀的碳漿和涂敷于碳漿外周面的一側(cè)部分或整個(gè)外周面，能夠使陰電極和陽(yáng)電極交錯(cuò)地交互形成而傳遞電極的多個(gè)銀漿相互連接結(jié)合，在碳漿和銀漿的上面覆蓋規(guī)定厚度和寬度的薄層而涂敷固化從而具有絕緣性的合成樹脂材料和用粘結(jié)成分和粘附成分涂敷的收尾板層壓安裝。韓國(guó)實(shí)用新型授權(quán)第644089號(hào)揭示了一種內(nèi)置有散熱線的汽車座椅及椅背用部件，其設(shè)置于汽車座椅及椅背內(nèi)部，由座椅加熱墊和座椅加熱椅背構(gòu)成，其分別由以平面方式設(shè)置于具有規(guī)定形態(tài)的耐熱性部件的散熱線構(gòu)成，各個(gè)散熱線為了防止體重導(dǎo)致的斷開而通過(guò)接線塞孔結(jié)合，與座椅加熱墊散熱線的另一側(cè)結(jié)合從而具有電阻值隨著散熱線的溫度上升而下降的負(fù)特性的負(fù)溫度系數(shù)(Negative Temperature Coeff icient，簡(jiǎn)稱NTC)，電子控制單元(Electronic Control Unit，簡(jiǎn)稱ECU)與NTC的一側(cè)結(jié)合，上述汽車座椅及椅背用部件具有與ECU的一側(cè)及NTC的另一側(cè)結(jié)合的可變電阻多級(jí)調(diào)節(jié)器，電源根據(jù)NTC及可變電阻多級(jí)調(diào)節(jié)器的電阻值連續(xù)地接通/關(guān)閉(ON-OFF)。在現(xiàn)有技術(shù)中利用熱線、碳等作為散熱體，但沒(méi)有將碳納米管用作散熱體的例子。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題本發(fā)明的目的在于提供一種將碳納米管用作散熱體的碳納米管散熱片。解決課題的手段本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，提供一種包括由碳納米管構(gòu)成的散熱層的散熱片。本發(fā)明的特征在于，使用利用了碳納米管(Carbon Nano Tube，簡(jiǎn)稱CNT)溶液的面狀散熱體，從而解決在現(xiàn)有碳漿中發(fā)生的溫度上升致使電阻增加而導(dǎo)致板狀的合成樹脂的形狀發(fā)生變化以及局部的電阻變化引發(fā)火災(zāi)的問(wèn)題，為了用作汽車散熱織物，在不利用作為另行設(shè)置的過(guò)電流防止裝置的ECU等部件的情況下，利用碳納米管材料的正溫度系數(shù) (Positive Temperature Coefficient, PTC)效果在初始溫度上升后維持均衡的溫度。并且，使用雙軸拉伸的PET或OPS防止織物在薄膜散熱時(shí)收縮或膨脹，以防止電阻發(fā)生變化。本發(fā)明的特征在于，在用于汽車用途的12Volt條件下快速達(dá)到目標(biāo)溫度之后，利用即使沒(méi)有雙金屬等溫度調(diào)節(jié)器也能夠根據(jù)PTC性質(zhì)維持均勻溫度的碳納米管溶液。碳納米管與呈現(xiàn)有板狀結(jié)構(gòu)的碳漿不同，由于呈長(zhǎng)發(fā)絲結(jié)構(gòu)，因而是沿著發(fā)絲結(jié)構(gòu)的水平方向順利通電的物質(zhì)。并且，采用發(fā)絲一根一根纏在一起連接的結(jié)構(gòu)使得電易流通的原理，因而即使在彎曲的狀態(tài)，電阻變化也不大。在用作汽車用座椅加熱器的情況下，臀部的摩擦或重力會(huì)導(dǎo)致加熱器彎曲，現(xiàn)有產(chǎn)品中的最大問(wèn)題是電阻變化，然而本發(fā)明產(chǎn)品不發(fā)生電阻變化。在本發(fā)明中，在形成電極層的銀漿上印刷碳納米管，并不額外需要防氧化層。銀漿具有出色的氧化能力，因而現(xiàn)有產(chǎn)品需要涂敷進(jìn)行絲網(wǎng)印刷后涂敷固化了的絕緣性合成樹脂。碳納米管作為由六個(gè)碳原子形成的六邊形相互連接形成冠狀的新材料，形態(tài)為由六個(gè)碳原子形成的六邊形連接形成的冠狀。冠的直徑僅為幾納米至幾十納米，故稱之為碳納米管。電導(dǎo)率與銅類似，導(dǎo)熱率相當(dāng)于在自然界導(dǎo)熱率最高的金剛石，剛度比鋼鐵強(qiáng)100 倍。碳纖維只變形也會(huì)折斷，而碳納米管則耐于15%變形。本發(fā)明能夠?qū)诫s了金屬的碳納米管用作碳納米管。適用金屬-碳納米管的漿料的電阻溫度系數(shù)幾乎為零，即使反復(fù)使用也不會(huì)致使電阻數(shù)值發(fā)生變化，因而容易確保可靠性。在碳納米管中摻雜金屬，從而能夠體現(xiàn)正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻的性質(zhì)的同時(shí)，使得電流流動(dòng)性變好。在本發(fā)明中，用于在碳納米管中摻雜的金屬能夠使用銀、銅等，但從電導(dǎo)率及與電極的相容性層面出發(fā)時(shí)優(yōu)選為銀。本發(fā)明第一實(shí)施方式的散熱片自上而下由基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、 薄膜層、粘結(jié)劑層、保護(hù)材料層構(gòu)成。本發(fā)明第二實(shí)施方式的散熱片自上而下由基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、 薄膜層、粘結(jié)劑層、絕熱材料層構(gòu)成。優(yōu)選地，在本發(fā)明中，在碳納米管散熱層的兩個(gè)側(cè)面形成銅薄膜層。能夠通過(guò)使用導(dǎo)電性良好的銅箔使得電流流動(dòng)更加順暢。在使用銅箔的情況下，能夠解決在現(xiàn)有面狀散熱體上發(fā)生的溫度分布不均勻的現(xiàn)象。在本發(fā)明中，在銅薄膜層與電極層之間能夠使用導(dǎo)電性粘結(jié)劑。使用導(dǎo)電性粘結(jié)劑能夠使銅薄膜層與電極層間的接觸電阻最小化，由此能夠預(yù)防銅薄膜的破損引起銅薄膜層和電極層的折斷。在本發(fā)明中，基材薄膜層和薄膜層通過(guò)使用經(jīng)阻燃處理的薄膜，能夠賦予阻燃等級(jí)為3級(jí)以上的阻燃性。本發(fā)明的碳納米管散熱片能用于側(cè)視鏡、座椅加熱器、座椅墊、電熱墊等各種用途。發(fā)明效果本發(fā)明的碳納米管散熱片由于散熱面積大，因而對(duì)被加熱體的傳熱效率優(yōu)秀，升至最高溫度的升溫時(shí)間也快，由于具有以發(fā)絲結(jié)構(gòu)相互纏在一起的結(jié)構(gòu)，因而耐于長(zhǎng)期使用的耐久性出色，在分子結(jié)構(gòu)上即使發(fā)生局部短路也因接觸點(diǎn)較多而沒(méi)有發(fā)生短路或火災(zāi)的危險(xiǎn)性，即使在粒子不粘附在一起而保持某種程度距離的情況下也因與纖維狀結(jié)構(gòu)類似而能維持有通電的電網(wǎng)現(xiàn)象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發(fā)揮出同等以上的性能，保持電穩(wěn)定性。并且，在碳納米管摻雜金屬的情況下，電阻溫度系數(shù)幾乎為零，在反復(fù)使用時(shí)也不會(huì)致使電阻數(shù)值發(fā)生變化，因而容易確?？煽啃?，能夠以不斷開的電網(wǎng)效果防止集熱現(xiàn)象引起的短路，發(fā)揮出正溫度系數(shù)熱敏電阻性質(zhì)。


圖1是表示現(xiàn)有熱線散熱體的加熱機(jī)制的圖；圖2是表示碳納米管散熱體的加熱機(jī)制的圖；圖3是表示碳納米管的摻雜過(guò)程的圖；圖4是普通碳的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；圖5是碳納米管的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；圖6是本發(fā)明第一實(shí)施方式的碳納米管散熱片的剖視圖；圖7是本發(fā)明第二實(shí)施方式的碳納米管散熱片的剖視圖。圖8是本發(fā)明的碳納米管散熱片的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明10基材薄膜層20 電極層30碳納米管散熱層 40銅薄膜層
50薄膜層60粘結(jié)劑層70保護(hù)材料層80絕熱材料層
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2是表示碳納米管散熱體的加熱機(jī)制的圖，相對(duì)圖1而言，被加熱體與散熱層的接觸面遍及整個(gè)面，因而對(duì)被加熱體的傳熱效率優(yōu)秀，升至最高溫度的升溫時(shí)間也快。圖3是表示碳納米管的摻雜過(guò)程的圖，呈現(xiàn)碳納米管與金屬原子的化學(xué)結(jié)合特性。如果用酸處理碳納米管，如圖3的第一圖所示，會(huì)在碳納米管的末端形成官能團(tuán)，如果在該官能團(tuán)涂敷金屬，如圖3的第二圖所示，金屬離子會(huì)與碳納米管的末端官能團(tuán)進(jìn)行化學(xué)結(jié)合。圖3的第三圖是摻雜有金屬的碳納米管粉末的示意圖。適用于金屬-碳納米管的漿料的電阻溫度系數(shù)幾乎為零，即使反復(fù)使用也不會(huì)致使電阻數(shù)值發(fā)生變化，因而容易確?？煽啃?。這種效果不能簡(jiǎn)單地靠具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的碳和具有正的電阻溫度系數(shù)金屬的混合來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是在碳納米管表面化學(xué)結(jié)合的金屬粒子來(lái)體現(xiàn)出如上所述的特性。圖5是碳納米管的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，在碳納米管摻雜金屬的情況下，能夠通過(guò)不會(huì)斷開的電網(wǎng)效果來(lái)防止如圖4所示在使用普通碳時(shí)出現(xiàn)的反復(fù)的集熱現(xiàn)象引起的短路。碳納米管即使在粒子不粘附在一起而隔開某種程度的距離的情況下也因與纖維狀結(jié)構(gòu)類似維持通電的電網(wǎng)現(xiàn)象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發(fā)揮出同等以上的性能，并保持電穩(wěn)定性。碳納米管具有以發(fā)絲結(jié)構(gòu)相互纏在一起的結(jié)構(gòu)，因而耐于長(zhǎng)期使用的耐久性出色，在分子結(jié)構(gòu)上即使發(fā)生局部短路也因存在很多相連接的接觸點(diǎn)(Contact Point)而沒(méi)有發(fā)生短路或火災(zāi)的危險(xiǎn)性。圖6是本發(fā)明第一實(shí)施方式的碳納米管散熱片的剖視圖，該碳納米管散熱片自上而下由基材薄膜層10、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50、粘結(jié)劑層60 及保護(hù)材料層70構(gòu)成?；谋∧?0作為電極層20的印刷基材，能夠使用雙向拉伸的(雙軸拉伸)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)薄膜或定向聚苯乙烯(Oriented Polystyrene, OPS)薄膜，其厚度為100 μ m以下。能夠?qū)㈦p軸拉伸PET或雙軸拉伸OPS用作基材來(lái)用于散熱至160°C的產(chǎn)品，并且，能夠另行對(duì)基材薄膜層10進(jìn)行阻燃處理來(lái)確保3 級(jí)的阻燃等級(jí)。電極層20為用銀漿進(jìn)行圖案印刷的層，印刷寬度窄于基材薄膜層10。能夠根據(jù)銀漿電極間的間隔、寬度調(diào)節(jié)電流的流動(dòng)來(lái)決定碳納米管的散熱溫度上升時(shí)間和維持時(shí)間。碳納米管散熱層30為用碳納米管油墨進(jìn)行印刷而干燥的層，碳納米管油墨為由丙烯酸等的粘結(jié)劑、分散劑、穩(wěn)定劑組成的具有粘性的凹版印刷用油墨，通過(guò)進(jìn)行凹版印刷形成圖案。碳納米管在制作存在透明性要求的散熱體的情況下，利用單壁碳納米管 (Single-Walled Carbon Nano Tube, SWCNT)或薄的多壁碳納米管(Thin Multi-Walled Carbon Nano Tube, Thin MWCNT)，在可以不透明的情況下使用多壁碳納米管(Multi-WalledCarbon Nano Tube, MWCNT) 0在碳納米管摻雜金屬，從而能夠發(fā)揮出正溫度系數(shù)熱敏電阻 (PTC)性質(zhì)，使得電流流動(dòng)性變好。能夠通過(guò)調(diào)節(jié)碳納米管的濃度、涂敷厚度來(lái)決定散熱體的Ifi^PiUii (Saturated Temperature)。銅薄膜層40是將銅薄膜層疊于碳納米管散熱層30的兩個(gè)側(cè)面的層。能夠使用導(dǎo)電性優(yōu)秀的銅箔使得電流流動(dòng)更加順暢。即使不使用銅也不成太大問(wèn)題，但如果使用銅箔， 就能夠解決在現(xiàn)有面狀散熱體上發(fā)生的溫度分布不均勻的現(xiàn)象。并且，為了使銅薄膜層40 的銅部位與電極層20的銀漿間的接觸電阻最小化，能夠使用導(dǎo)電性粘結(jié)劑，這是為了防止銅薄膜層40的破損導(dǎo)致銅薄膜層40和電極層20的折斷。薄膜層50是用于保護(hù)電極層20和碳納米管散熱層30等的層，使用與基材薄膜層 10相同的薄膜進(jìn)行熱熔疊層。粘結(jié)劑層60能夠使用丙烯酸類、氨酯類、環(huán)氧類粘結(jié)劑等。保護(hù)材料層70作為用于保護(hù)粘結(jié)劑層60的層，是對(duì)保護(hù)薄膜或保護(hù)紙進(jìn)行疊層而制成。圖7是本發(fā)明第二實(shí)施方式的碳納米管散熱片的剖視圖，該碳納米管散熱片自上而下由基材薄膜層10、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50、粘結(jié)劑層60 及絕熱材料層80構(gòu)成?；谋∧?0、電極層20、碳納米管散熱層30、銅薄膜層40、薄膜層50及粘結(jié)劑層60與圖6的碳納米管散熱片相同，并呈用絕熱材料層80來(lái)替代保護(hù)材料層70進(jìn)行層壓的結(jié)構(gòu)。絕熱材料層80作為用于防止熱量向下部流失的層，能夠使用聚氨酯 (Polyurethane，PU)、發(fā)泡性聚苯乙烯(Expandable Polystyrene, EPS)、發(fā)泡性聚丙烯 (Expandable Polypropylene, EPP)等的絕熱材料。圖8是本發(fā)明碳納米管散熱片的俯視圖，由于以鋸齒形大面積地對(duì)碳納米管散熱層30進(jìn)行印刷，因而其散熱面積增大，由此能量傳遞效率得以提高。圖8中所示的電極層 20、碳納米管散熱層30及銅薄膜層40的圖案僅作為一個(gè)例子，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行各種變更。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明涉及一種采用凹版印刷涂敷了碳納米管(CarbonNanoTube，簡(jiǎn)稱CNT)溶液的高分子面狀散熱片，更詳細(xì)地涉及一種作為基于凹版印刷的面狀散熱體，在雙軸拉伸的透明PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)或OPS(定向聚苯乙烯)薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優(yōu)秀的碳納米管油墨，從而能在短時(shí)間內(nèi)提升溫度，沒(méi)有折斷或發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性，耗電少的面狀散熱片。本發(fā)明的碳納米管散熱片由于散熱面積大，因而對(duì)被加熱體的傳熱效率優(yōu)秀，升至最高溫度的升溫時(shí)間也快，由于具有以發(fā)絲結(jié)構(gòu)相互纏在一起的結(jié)構(gòu)，因而耐于長(zhǎng)期使用的耐久性出色，在分子結(jié)構(gòu)上即使發(fā)生局部短路也因接觸點(diǎn)較多而沒(méi)有發(fā)生短路或火災(zāi)的危險(xiǎn)性，即使在粒子不粘附在一起而保持某種程度距離的情況下也因與纖維結(jié)構(gòu)類似而能維持通電的電網(wǎng)現(xiàn)象，從而與普通碳的含量相比能以極低的含量發(fā)揮出同等以上的性能，保持電穩(wěn)定性。并且，在碳納米管摻雜金屬的情況下， 電阻溫度系數(shù)幾乎為零，即使在反復(fù)使用也不會(huì)致使電阻數(shù)值發(fā)生變化，因而容易確保可靠性，能夠以不斷開的電網(wǎng)效果來(lái)防止集熱現(xiàn)象引起的短路，體現(xiàn)出正溫度系數(shù)熱敏電阻性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種散熱片，其特征在于，包括由碳納米管構(gòu)成的散熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、薄膜層、粘結(jié)劑層、保護(hù)材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱片，其特征在于，自上而下包括基材薄膜層、電極層、碳納米管散熱層、薄膜層、粘結(jié)劑層、絕熱材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的散熱片，其特征在于，碳納米管為摻雜了金屬的碳納米管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱片，其特征在于，金屬為銀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的散熱片，其特征在于，在碳納米管散熱層的兩個(gè)側(cè)面形成銅薄膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的散熱片，其特征在于，在銅薄膜層與電極層之間使用導(dǎo)電性粘結(jié)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的散熱片，其特征在于，基材薄膜層和薄膜層為雙軸拉伸薄
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于凹版印刷的面狀散熱體，更詳細(xì)地，本發(fā)明提供如下的面狀散熱片在雙軸拉伸的透明PET或OPS薄膜之間形成以鋸齒形排列的銀漿之后，以面狀涂敷散熱性優(yōu)秀的碳納米管油墨，從而能在短時(shí)間內(nèi)提升溫度，沒(méi)有折斷或發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)性，耗電少。
文檔編號(hào)H05B3/14GK102318438SQ201080008123
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者芮圣勛, 鄭龍培, 金宗范 申請(qǐng)人:樂(lè)金華奧斯有限公司