从1991年日本科学家Iijima首次发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来(请参见Helical microtubules of graphitic carbon，Nature，Sumio Iijima，vol354，p56(1991))，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。另外，碳纳米管因其良好的导电性和热稳定性以及接近于黑体辐射的发光性质，还可用于热光源。
现有技术中，碳纳米管用于热光源通常从一碳纳米管阵列中拉出碳纳米管丝；将碳纳米管丝缠绕在两个用作电极使用的导线上作为灯丝，当在两个电极间施加一电压时，碳纳米管丝发光。这种碳纳米管光源比现有金属灯丝需求的电能更少，而且碳纳米管具有六圆环状的稳定结构，其在较高温度下也不易发生变化而能稳定存在。然而，这种碳纳米管热光源是一种线性热光源，无法用来制作面热光源。
现有面热光源通常采用钨丝作为灯丝，利用钨具有足够的强度，并能经受高温的优点。通电后使之达到白炽温度，产生热辐射。该类面热光源一般由石英玻璃灯壳、钨丝、支撑圈、封接部分及灯座组成，内充一定量的惰性气体。其中，钨灯丝为直线型螺旋形状，钨丝两端分别与支撑圈连接，支撑圈分别与封接部分连接。支撑圈用来支撑灯丝，封接部分保证灯丝通电的同时又不漏气(惰性气体)。在制成面热光源的过程中，需要将很多螺旋状的钨丝排列成一个均匀的发光面或者将钨丝加工成片状。然而，现有的面热光源具有以下缺点：其一，钨丝是一灰体结构，升温缓慢，热辐射效率低，热辐射传递距离近；其二，现有面热光源的热辐射及光辐射都不均匀；其三，钨丝强度大、加工难度大同时需要在惰性气体的环境下工作。
因此，确有必要提供一种面热光源及其制备方法，所得到的面热光源可以方便制成大面积的热光源，实现均匀的热辐射及光辐射，且该制备方法简单、易于实现。

一种面热光源包括一第一电极、一第二电极和一碳纳米管薄膜。该第一电极和第二电极设置于该碳纳米管薄膜上，该第一电极和第二电极之间相隔一定的距离，并与该碳纳米管薄膜表面电接触。该碳纳米管薄膜中碳纳米管为各向同性或沿一个固定方向取向或不同方向取向排列。
所述面热光源进一步还可以包括一支撑体，上述碳纳米管薄膜设置在该支撑体之上。
一种面热光源的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列形成于一基底；提供一施压装置，挤压上述碳纳米管阵列获得一碳纳米管薄膜；提供一第一电极和一第二电极，将上述两个电极间隔地设置在上述碳纳米管薄膜的表面上，并与该碳纳米管薄膜表面形成一电接触，从而得到一面热光源。
所述面热光源的制备方法进一步还可以包括提供一支撑体的步骤。所述支撑体的形状大小不限，上述碳纳米管薄膜设置在该支撑体之上。
与现有技术相比较，所述的面热光源及其制备方法具有以下优点：其一，碳纳米管是一理想黑体，具有良好的导电性能以及热稳定性，热辐射效率高，热辐射传递距离远；其二，碳纳米管表面积大，可以方便得制成大面积薄膜，应用于面热光源时可实现均匀的热辐射及光辐射；其三，碳纳米管具有良好的导电性能以及热稳定性，所制备的面热光源具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快的特点；其四，碳纳米管薄膜是通过一施压装置挤压碳纳米管阵列获得，制备方法简单，且，依据施加压力方式的不同，可控制碳纳米管薄膜中碳纳米管为各向同性或沿一固定方向取向或不同方向取向排列。
附图说明
图1是本技术方案实施例的面热光源的结构示意图。
图2是图1的II-II剖面示意图。
图3是本技术方案实施例的面热光源的制备方法的流程示意图。
图4是本技术方案实施例制备的各向同性碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。
图5是本技术方案实施例制备的择优取向碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。
图6是应用图1的面热光源加热物体的结构示意图。
图7是图6的VII-VII剖面示意图。

以下将结合附图详细说明本技术方案面热光源，其制备方法及应用其加热物体的方法。
请参阅图1及图2，本技术方案实施例提供一种面热光源10，该面热光源10包括一第一电极12、一第二电极14、一碳纳米管薄膜16和一支撑体18。该碳纳米管薄膜16设置于该支撑体18上。该第一电极12和第二电极14设置于该碳纳米管薄膜16上，该第一电极12和第二电极14之间相隔一定的距离，并与该碳纳米管薄膜16表面电接触。
进一步地，该碳纳米管薄膜16包括多个碳纳米管，所述的多个碳纳米管平行于碳纳米管薄膜16的表面。该碳纳米管薄膜16中，碳纳米管为各向同性或沿一固定方向取向或不同方向取向排列。该碳纳米管薄膜16中碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，形成一自支撑结构，使得该碳纳米管薄膜16具有很好的韧性，可以弯折。故本技术方案实施例中的碳纳米管薄膜16可为平面结构也可为曲面结构。碳纳米管薄膜16的长度和宽度不限，可根据实际需要制成具有任意长度和宽度的碳纳米管薄膜16。碳纳米管薄膜16的厚度为1微米～1毫米。多层的碳纳米管薄膜16可以重叠且交叉形成一碳纳米管薄膜结构。上述的第一电极12和第二电极14设置于该碳纳米管薄膜结构上，该第一电极12和第二电极14之间相隔一定的距离，并与该碳纳米管薄膜结构表面电接触。该碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管薄膜16的层数不限，且相邻两层碳纳米管薄膜16之间具有一交叉角度α，其中，0≤α≤90度，具体可依据实际需求制备。该碳纳米管薄膜结构中每层碳纳米管薄膜16的碳纳米管排列方式可以相同也可以不同。本技术方案实施例优选的碳纳米管薄膜16为一平面结构。该碳纳米管薄膜16中的碳纳米管为沿不同方向取向排列。该碳纳米管薄膜16的长度为30厘米，宽度为30厘米，厚度为50微米。
所述电极的材料不限，可为铜、钼、石墨等等。本技术方案实施例优选的电极材料为铜。所述的第一电极12和第二电极14可以是铜镀层也可以是铜箔片。所述第一电极12和第二电极14的结构形式不限。所述的第一电极12和第二电极14可以设置在所述的碳纳米管薄膜16的同一表面上，也可以设置在所述的碳纳米管薄膜16的不同表面上。其中，所述的第一电极12和第二电极14之间相隔一定的距离，以使该碳纳米管薄膜16应用于面热光源10时接入一定的阻值，从而避免短路现象的产生。该碳纳米管薄膜16本身有很好的粘附性，故第一电极12和第二电极14直接就可以与该碳纳米管薄膜16之间形成很好的电接触。
所述支撑体18的材料可为陶瓷、玻璃、树脂、石英等等，用于支撑上述的碳纳米管薄膜16。该支撑体18的形状大小不限，可依据实际需要进行改变。本技术方案实施例优选的支撑体18为一陶瓷基板。所述面热光源10中的支撑体18为一可选择的结构，因为碳纳米管薄膜16具有良好的导电性能和一定的自支撑性及稳定性，实际应用时，可直接将该碳纳米管薄膜16用于面热光源10而不需要上述的支撑体18。
进一步地，所述的第一电极12和第二电极14还可以通过一导电粘结剂(图未示)设置于该碳纳米管薄膜16的表面上，导电粘结剂在实现该第一电极12和第二电极14与该碳纳米管薄膜16电接触的同时，还可以将所述第一电极12和第二电极14更好地固定于该碳纳米管薄膜16的表面上。本技术方案实施例优选的导电粘结剂为银胶。
可以理解，所述第一电极12和第二电极14与该碳纳米管薄膜16表面形成电接触的方式不限。该第一电极12和第二电极14不仅仅限于通过导电粘结剂与该碳纳米管薄膜16之间形成电接触，只要该第一电极12和第二电极1 4能与该碳纳米管薄膜16之间形成电接触都在本发明的保护范围内。
进一步地，所述面热光源还可以包括一第三电极(图未示)，所述的第三电极可以与该第一电极12和第二电极14设置在该碳纳米管薄膜16的同一表面上，也可以与该第一电极12和第二电极14设置在该碳纳米管薄膜16的不同表面上。所述的第一电极12、第二电极14和该第三电极之间相隔一定的距离。
请参阅图3，本技术方案实施例提供一种制备上述面热光源10的方法，
具体包括以下步骤：
步骤一：提供一碳纳米管阵列形成于一基底，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。
本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。该碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700℃～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃～740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟～30分钟，生长得到碳纳米管阵列，其高度大于100微米。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。该碳纳米管阵列与上述基底面积基本相同。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。
本技术方案实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，本技术方案实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本技术方案实施例优选的保护气体为氩气。
可以理解，本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方法。
步骤二：提供一施压装置，挤压该碳纳米管阵列获得一碳纳米管薄膜16。
该施压装置施加一定的压力于上述碳纳米管阵列上。在施压的过程中，碳纳米管阵列在压力的作用下会与生长的基底分离，从而形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管薄膜16，且所述的多个碳纳米管基本上与碳纳米管薄膜16的表面平行。本技术方案实施例中，施压装置为一压头，压头表面光滑，压头的形状及挤压方向决定制备的碳纳米管薄膜16中碳纳米管的排列方式。具体地，当采用平面压头沿垂直于上述碳纳米管阵列生长的基底的方向挤压时，可获得碳纳米管为各向同性排列的碳纳米管薄膜16(请参阅图4)；当采用滚轴状压头沿某一固定方向碾压时，可获得碳纳米管沿该固定方向取向排列的碳纳米管薄膜16(请参阅图5)；当采用滚轴状压头沿不同方向碾压时，可获得碳纳米管沿不同方向取向排列的碳纳米管薄膜16。
可以理解，当采用上述不同方式挤压上述的碳纳米管阵列时，碳纳米管会在压力的作用下倾倒，并与相邻的碳纳米管通过范德华力相互吸引、连接形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管薄膜16。所述的多个碳纳米管与该碳纳米管薄膜16的表面基本平行并为各向同性或沿一固定方向取向或不同方向取向排列。另外，在压力的作用下，碳纳米管阵列会与生长的基底分离，从而使得该碳纳米管薄膜16容易与基底脱离。
本技术领域技术人员应明白，上述碳纳米管阵列的倾倒程度(倾角)与压力的大小有关，压力越大，倾角越大。制备的碳纳米管薄膜16的厚度取决于碳纳米管阵列的高度以及压力大小。碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管薄膜16的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管薄膜16的厚度越小。
另外，所述步骤二中制备的碳纳米管薄膜16还可进一步使用有机溶剂处理。具体的，可通过试管将有机溶剂滴落在该碳纳米管薄膜16表面浸润整个碳纳米管薄膜16。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本技术方案实施例中优选采用乙醇。该碳纳米管薄膜16经有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，该碳纳米管薄膜16中平行的碳纳米管片断会部分聚集成碳纳米管束，因此，该碳纳米管薄膜16表面体积比小，粘性降低，且具有良好的机械强度及韧性，应用有机溶剂处理后的碳纳米管薄膜16能方便地应用于宏观领域。
所述碳纳米管薄膜16进一步可以覆盖在另一碳纳米管阵列上，通过本技术方案实施例步骤二提供的施压装置挤压上述覆盖有碳纳米管薄膜16的碳纳米管阵列形成一双层碳纳米管薄膜结构，该双层碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管薄膜16之间通过范德华力紧密结合。重复上述步骤，即可得到一多层碳纳米管薄膜结构。
进一步地，还可以将多个碳纳米管薄膜16重叠且交叉地放置在一起。通过本技术方案实施例步骤二提供的施压装置挤压上述的多个碳纳米管薄膜16，得到一多层碳纳米管薄膜结构。
所述碳纳米管薄膜16进一步还可以设置于一支撑体18之上。所述支撑体18的形状大小不限，将该碳纳米管薄膜16设置在该支撑体18之上后，可用作面热光源10。所述支撑体18的材料为陶瓷、玻璃、树脂、石英等等，本技术方案实施例优选的支撑体18为一陶瓷基板。因碳纳米管薄膜16具有良好的导电性能和一定的自支撑性及稳定性，实际应用时，可直接将该碳纳米管薄膜16用于面热光源10而不需要所述的支撑体18。
由于本技术方案实施例步骤一中提供的超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管薄膜16本身具有较强的粘性。本技术方案实施例步骤二中该碳纳米管薄膜16可利用其本身的粘性直接粘附于所述的支撑体18的表面上。
本技术方案实施例中，该碳纳米管薄膜16的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该碳纳米管薄膜16的长度不限，可根据实际需求制得。本技术方案实施例中采用4英寸的基底生长超顺排碳纳米管阵列。
步骤三：提供一第一电极12和一第二电极14，将上述的第一电极12和第二电极14间隔地设置在该碳纳米管薄膜16的表面上，并与该碳纳米管薄膜16表面形成一电接触，从而得到一面热光源10。
所述电极的材料不限，可为铜、钼、石墨等等。本技术方案实施例优选的电极材料为铜。所述的第一电极12和第二电极14可以是铜镀层也可以是铜箔片。所述第一电极12和第二电极14的结构形式不限。
所述的第一电极12和第二电极14可以设置在该碳纳米管薄膜16的同一表面上，也可以设置在该碳纳米管薄膜16的不同表面上。其中，所述的第一电极12和第二电极14之间相隔一定的距离，以使该碳纳米管薄膜16应用于面热光源10时接入一定的阻值，从而避免短路现象的产生。该碳纳米管薄膜16本身有很好的粘附性，故所述的第一电极12和第二电极14直接就可以与该碳纳米管薄膜16之间形成很好的电接触。
进一步地，还可以在所述的第一电极12和第二电极14的表面上涂覆一导电粘结剂后，将所述的第一电极12和第二电极14间隔地粘附在碳纳米管薄膜16的表面上。导电粘结剂不仅可以将所述的第一电极12和第二电极14更好地固定在该碳纳米管薄膜16的表面上，而且还可以在所述的第一电极12和第二电极14与该碳纳米管薄膜16之间形成一电接触。本技术方案实施例优选的导电粘结剂为银胶。
可以理解，所述的第一电极12和第二电极14与该碳纳米管薄膜16表面形成电接触的方式不限。所述的第一电极12和第二电极14不仅仅限于通过导电粘结剂与该碳纳米管薄膜16之间形成电接触，只要所述的第一电极12和第二电极14与该碳纳米管薄膜16之间形成电接触的方式都在本发明的保护范围内。
上述面热光源10在使用时，可先将该面热光源10的第一电极12和第二电极14连接导线后接入电源。在接入电源后该面热光源10中的碳纳米管薄膜16即可辐射出一定波长范围的电磁波。
本技术方案实施例中的面热光源10在该碳纳米管薄膜16的面积大小(长度*宽度)一定时，可以通过调节电源电压大小和该碳纳米管薄膜16的厚度，从而辐射出不同波长范围的电磁波。电源电压的大小一定时，该碳纳米管薄膜16的厚度和该面热光源10辐射出电磁波的波长成反比。即当电源电压大小一定时，该碳纳米管薄膜16的厚度越厚，该面热光源10辐射出电磁波的波长越短，该面热光源10可以发出可见光并产生一普通热辐射；该碳纳米管薄膜16的厚度越薄，该面热光源10辐射出电磁波的波长越长，该面热光源10可以产生一红外热辐射。该碳纳米管薄膜16的厚度一定时，电源电压的大小和该面热光源10辐射出电磁波的波长成反比。即当该碳纳米管薄膜16的厚度一定时，电源电压越大，该面热光源10辐射出电磁波的波长越短，该面热光源10可以发出可见光并产生一普通热辐射；电源电压越小，该面热光源10辐射出电磁波的波长越长，该面热光源10可以产生一红外热辐射。
碳纳米管作为一理想的黑体结构，具有良好的导电性能以及热稳定性，且具有比较高的热辐射效率。碳纳米管的表面积大，可以很方便地制成大面积的碳纳米管薄膜。本技术方案实施例中优选的碳纳米管薄膜16的面积为900平方厘米，其中碳纳米管薄膜16的长度为30厘米，宽度为30厘米。碳纳米管薄膜16中的碳纳米管为沿不同方向取向排列。将该碳纳米管薄膜16连接导线接入电源电压后得到一面热光源10。将该面热光源10暴露在氧化性气体或者大气的环境中，通过在10伏～30伏调节电源电压的大小，该面热光源10可以辐射出波长较长的电磁波。通过温度测量仪发现该面热光源10的温度为50℃～500℃。对于具有黑体结构的物体来说，其所对应的温度为200℃～450℃时就能发出人眼看不见的热辐射(红外线)，此时的热辐射最稳定、效率最高，所产生的热辐射热量最大。该碳纳米管薄膜16进一步还可以制成一发热元件，应用于电加热器、红外治疗仪、电暖器等领域。
进一步地，将本技术方案实施例中优选的碳纳米管薄膜16制成的面热光源10放入一真空装置中，通过在80伏～150伏调节电源电压的大小，该面热光源10可以辐射出波长较短的电磁波。随着电源电压的增大，该面热光源10会陆续发出红光、黄光等可见光。通过温度测量仪发现该面热光源10的温度可以达到1500℃以上。电源电压越大时，该面热光源10的温度越高，此时会产生一普通的热辐射。当进一步增大电源电压的大小时，该面热光源10还能产生杀死细菌的人眼看不见的射线(紫外光)。该碳纳米管薄膜16进一步可以设置在一真空装置或者一惰性气体装置内制成一光学元件，应用于光源、显示器件等领域。
请参阅图6及图7，本技术方案实施例提供一种应用面热光源20加热物体30的方法，该面热光源20包括一第一电极22、一第二电极24和一碳纳米管薄膜26。该第一电极22和第二电极24设置于该碳纳米管薄膜26上，该第一电极22和第二电极24之间相隔一定的距离，并与该碳纳米管薄膜26表面电接触。该碳纳米管薄膜26的面积为900平方厘米，其中碳纳米管薄膜26的长度为30厘米，宽度为30厘米。该碳纳米管薄膜26中的碳纳米管为沿不同方向择优取向排列。该面热光源20的第一电极22和第二电极24连接导线后接入一电源。该电源电压大小为15伏。通过温度测量仪发现该面热光源20的温度为300℃。
所述的碳纳米管薄膜26具有一定的粘性，故所述的第一电极22和第二电极24可利用该碳纳米管薄膜26本身的粘性间隔地粘附于该碳纳米管薄膜26的表面上。进一步地，所述的第一电极22和第二电极24还可以通过一导电粘结剂间隔地粘附在该碳纳米管薄膜26的表面上，并与该碳纳米管薄膜26表面形成一电接触。
应用该面热光源20加热物体30的方法具体包括以下步骤：提供一待加热的物体30，该物体30具有一表面；将该面热光源20中的碳纳米管薄膜26靠近待加热物体30的表面设置；在该面热光源20中的第一电极22和第二电极24之间施加一定的电压，加热该物体30。
所述物体30可以与所述碳纳米管薄膜26的表面直接接触。进一步地，该碳纳米管薄膜26具有良好的导电性能和一定的自支撑性及稳定性。所述物体30可以与该碳纳米管薄膜26相隔一定的距离设置。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。