面源黑体以及面源黑体的制备方法
阅读：690发布：2020-05-12
专利汇可以提供面源黑体以及面源黑体的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种面源 黑体 以及面源黑体的制备方法。所述面源黑体包括一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述面板的第一表面设置有一层黑漆，在所述黑漆的表面设置有 碳 纳米管 层状结构，该 碳纳米管 层状结构包括多个碳纳米管，且该碳纳米管层状结构形成有多个微孔。所述面源黑体的制备方法其包括以下步骤：S11，提供一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面；S12，提供一黑漆，将该黑漆涂覆在所述面板的第一表面；S13，在所述黑漆的表面设置碳纳米管层状结构。，下面是面源黑体以及面源黑体的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种面源黑体，该面源黑体包括一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面，其特征在于，所述面板的第一表面设置有一层黑漆，在所述黑漆的表面设置有碳纳米管层状结构，该碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管，且该碳纳米管层状结构形成有多个微孔。
2.如权利要求1所述的面源黑体，其特征在于，所述碳纳米管层状结构包括至少一层碳纳米管膜。
3.如权利要求2所述的面源黑体，其特征在于，所述碳纳米管膜包括碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化膜。
4.如权利要求3所述的面源黑体，其特征在于，所述碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
5.如权利要求3所述的面源黑体，其特征在于，所述碳纳米管碾压膜包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。
6.如权利要求3所述的面源黑体，其特征在于，所述碳纳米管絮化膜包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。
7.如权利要求1所述的面源黑体，其特征在于，所述黑漆为Pyromark 1200黑漆或Nextel Velvet 811-21黑漆。
8.如权利要求1所述的面源黑体，其特征在于，所述面源黑体包括一加热元件，该加热元件包括一碳纳米管结构及间隔设置在该碳纳米管结构表面的第一电极和第二电极，所述碳纳米管结构设置在所述面板的第二表面。
9.一种面源黑体的制备方法，其包括以下步骤：
S11，提供一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面；
S12，提供一黑漆，将该黑漆涂覆在所述面板的第一表面；
S13，在所述黑漆的表面设置碳纳米管层状结构。
10.如权利要求9所述的面源黑体的制备方法，其特征在于，所述黑漆为Pyromark 1200黑漆或Nextel Velvet 811-21黑漆。
面源黑体以及面源黑体的制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 随着红外遥感技术的快速发展，红外遥感被广泛应用于军事领域和地球勘探、天气预报、环境监测等民用领域。然而所有的红外探测仪器都需要经过黑体标定后方可使用，黑体作为标准辐射源，其作用日益突出，黑体的发射率越高，其标定红外探测仪器的精度越高。黑体包括腔式黑体和面源黑体两种。其中，面源黑体的有效发射率主要取决于面源黑体的面型结构和表面材料的发射率。因此，选择高发射率的表面材料，对获得高性能的面源黑体具有重要的意义。
发明内容
[0003] 确有必要提供一种具有较高发射率的面源黑体以及面源黑体的制备方法。
[0004] 面源黑体，该面源黑体包括一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述面板的第一表面设置有一层黑漆，在所述黑漆的表面设置有碳纳米管层状结构，该碳纳米管层状结构包括多个碳纳米管，且该碳纳米管层状结构形成有多个微孔。
[0005] 面源黑体的制备方法，其包括以下步骤：S11，提供一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面；S12，提供一黑漆，将该黑漆涂覆在所述面板的第一表面；S13，在所述黑漆的表面设置碳纳米管层状结构。
[0006] 与现有技术相比，本发明提供的面源黑体中，碳纳米管是目前世界上最黑的材料，碳纳米管的发射率高达99.6％，远远大于目前面源黑体表面材料的发射率；碳纳米管层状结构中的微孔能够阻止入射进来的光从碳纳米管层状结构表面反射出去，所以碳纳米管层状结构的发射率得到进一步提高。而且，所述面源黑体的制备方法简单、易行。附图说明
[0007] 图1为本发明实施例提供的面源黑体中碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0008] 图2为本发明实施例提供的面源黑体中碳纳米管碾压膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列的扫描电镜照片。
[0009] 图3为本发明实施例提供的面源黑体中碳纳米管碾压膜中的碳纳米管沿不同方向择优取向排列的扫描电镜照片。
[0010] 图4为为本发明实施例提供的面源黑体中碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。
[0011] 图5为本发明实施例提供的面源黑体的剖面结构示意图。
[0012] 图6为本发明实施例提供的面源黑体的制备方法的流程图。
[0013] 主要元件符号说明
[0014] 面源黑体 10
[0015] 面板 11
[0016] 碳纳米管层状结构 12
[0017] 黑漆 13
[0018] 面板的第一表面 110
[0019] 面板的第二表面 111
[0020] 如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0021] 以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的面源黑体以及该面源黑体的制备方法。
[0022] 本发明提供一种面源黑体，该面源黑体包括一面板，所述面板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面设置有一层黑漆，所述黑漆的表面设置有碳纳米管层状结构，所述碳纳米管层状结构包括至少一碳纳米管膜。所述黑漆选用高发射率的黑漆，如Pyromark 1200黑漆(发射率为0.92)、Nextel Velvet 811-21黑漆(发射率为0.95)等。
[0024] 进一步地，所述面源黑体辐射源还包括一加热元件，该加热元件可以为现有技术的加热元件，也可以是利用碳纳米管结构的加热元件。
[0025] 所述碳纳米管层状结构中的碳纳米管膜包括碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化膜。也就是说，所述碳纳米管层状结构可以是碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜、碳纳米管絮化膜或者是碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜以及碳纳米管絮化膜中两种或者两种以上膜相互叠加形成的膜。
[0026] 所述碳纳米管拉膜是从超顺排碳纳米管阵列中直接拉取获得，有关拉取的方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
[0027] 请参阅图1，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。
[0028] 具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。
[0029] 具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合，且多个相互平行的碳纳米管之间具有间隙，也就是说，多个相互平行的碳纳米管之间具有多个微孔。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
[0030] 当所述碳纳米管层状结构12包括多层碳纳米管拉膜时，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管间具有一交叉角度α，0°≤α≤90°。该碳纳米管层状结构中碳纳米管拉膜的层数不限。
[0031] 请参阅图2和图3，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15°)，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。该碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列获得，依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。具体地，当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列。当沿垂直于碳纳米管阵列的方向碾压时，碳纳米管膜各向同性。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法具体请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，于2008年12月3日公开的第CN101314464A号中国专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
[0032] 该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米～1毫米。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个微孔，微孔的孔径约小于10微米。
[0033] 请参阅图4，所述碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选地，碳纳米管的长度大于等于200微米且小于等于900微米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，使得该碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管形成大量的微孔，微孔孔径约小于10微米。所述碳纳米管絮化膜的长度和宽度不限。由于在碳纳米管絮化膜中，碳纳米管相互缠绕，因此该碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，且为一自支撑结构，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。所述碳纳米管絮化膜的面积及厚度均不限，厚度为1微米～1毫米，优选为100微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法具体请参见范守善等人于2007年4月13日申请的，于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国专利申请“碳纳米管薄膜的制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
[0034] 请参阅图5，本发明实施例提供一种面源黑体10，该面源黑体10包括一面板11、黑漆13以及碳纳米管层状结构12。所述面板11具有相对设置的第一表面110和第二表面111，该第一表面110设置有一层黑漆13，所述碳纳米管层状结构12设置在所述黑漆13的表面。
[0035] 所述面源黑体10中的面板材料为铝合金材料，该面板11为一个平板状结构。所述黑漆120采用Nextel Velvet 811-21黑漆。所述碳纳米管层状结构12由十层层叠设置的碳纳米管拉膜组成，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管垂直交叉设置，形成多个微孔。
[0036] 所述加热元件采用碳纳米管结构的加热元件。该碳纳米管结构的加热元件包括一碳纳米管结构及间隔设置在该碳纳米管结构表面的第一电极和第二电极，其中，所述碳纳米管结构设置在所述面源黑体的第二表面，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线，所述碳纳米管结构包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管，该碳纳米管结构中的多个碳纳米管从第一电极向第二电极的方向延伸。
[0037] 通过第一电极和第二电极给所述碳纳米管结构通电，碳纳米管结构可以对面源黑体进行整体加热，使得所述面源黑体的温场均匀分布，可以提高面源黑体的温度稳定性和均匀性；由于碳纳米管密度小、重量轻，采用碳纳米管结构为加热元件，可使面源黑体具有更轻的重量，使用方便；所述碳纳米管结构具有较低的电阻，且碳纳米管的电热转换效率高，热阻率低，采用碳纳米管结构加热黑体辐射腔具有升温迅速、热滞后小、热交换速度快的特点；碳纳米管具有较好的韧性，采用碳纳米管结构为加热元件的面源黑体具有较长的使用寿命。
[0038] 请参阅图6，本发明实施例进一步提供一种面源黑体的制备方法，其包括以下步骤：
[0039] S11，提供一面板，该面板具有相对设置的第一表面和第二表面；
[0040] S12，提供一黑漆，将该黑漆涂覆在所述面板的第一表面；
[0041] S13，在所述黑漆的表面设置碳纳米管层状结构。
[0042] 步骤S11中，所述面板为一平板状结构，其材料为铝合金材料。所述面板具有相对设置的第一表面和第二表面。
[0043] 步骤S12中，所述黑漆选用Pyromark 1200黑漆(发射率为0.92)或Nextel Velvet 811-21黑漆(发射率为0.95)等。在本实施例中，所述黑漆选用Velvet 811-21黑漆(发射率为0.95)。
[0044] 步骤S13中，提供碳纳米管层状结构，该碳纳米管层状结构由十层层叠设置的碳纳米管拉膜组成，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管垂直交叉设置，形成多个微孔。将该碳纳米管层状结构铺设在所述黑漆的表面，并进行干燥，所述碳纳米管层状结构通过所述黑漆粘附在所述面板的第一表面。
[0045] 在所述步骤S12中，所述黑漆涂层的厚度不宜过小，只要能保证将碳纳米管层状结构通过所述黑漆粘附在所述面板的第一表面即可，而且，所述黑漆涂层的厚度也不宜过大，要保证所述碳纳米管层状结构没有完全淹没在所述黑漆中，有一部分碳纳米管层状结构设置在所述黑漆的表面即可。
[0046] 更进一步，将所述加热元件设置在所述面板的第二表面，可以实时实现对所述面板的加热。
[0047] 本实施例提供的面源黑体，具有以下优点：其一，碳纳米管是目前世界上最黑的材料，碳纳米管的发射率高达99.6％，远远大于目前面源黑体表面材料(如Nextel Velvet 81-21黑漆的发射率为96％)的发射率；其二，碳纳米管层状结构中的微孔能够阻止入射进来的光从碳纳米管层状结构表面反射出去，所以碳纳米管层状结构的发射率得到进一步提高；其三，由于在所述面板的第一表面设置有黑漆，所以碳纳米管层状结构能更牢固地粘结在所述面板的第一表面，而且，黑漆本身即为高发射率材料，所以，能更进一步提高面源黑体的发射率；其四，碳纳米管可由高温条件下碳源气化纳米管具有优异的力学性能，利学气相沉积制备，原材料价廉易得；其五，碳纳米管具有优异的热传导性能，采用碳纳米管层状结构为面源黑体的表面材料，可以提高面源黑体的温度均匀性和稳定性；其六，碳用碳纳米管材料制备面源黑体将会增加面源黑体的稳定性，使得星载黑体在恶劣的环境下不易损坏。而且，所述面源黑体的制备方法简单、易行。
[0048] 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内。
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