[发明专利]一种采用超长碳纳米管加热的透明窗板及其制作方法

说明书

技术领域：

本发明涉及透明窗板的加热技术领域，特别是一种采用超长碳纳米管加热的透明窗板及其制作方法，尤其适用于车窗玻璃。

背景技术：

应用在高级前挡车窗上的夹层玻璃需具备的一项关键功能是除霜除雾，这样方能满足其在恶劣天气条件下的正常使用要求。传统的硅酸盐前挡车窗玻璃采用钨作为加热夹丝，但囿于金属与无机玻璃材料较差的结合力，很难直接在玻璃表面进行布线，一般是采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为中间夹层，并在夹层表面辊式布线的方式。但这种布线流程繁琐，而且夹层的制作增加了工艺的复杂性，不利于汽车向轻量化方向发展。更重要的是，由于抽丝工艺的技术限制，制得的钨线很难突破20μm的尺度限制，这样在车窗内夹层表面布线后，经阳光反射，金属丝线越发明显，极易造成驾驶人晕眩，降低驾驶的安全系数。

随着人们对物质世界研究的不断深入，材料开发的尺度逐步涉足纳米领域，也给传统制造业带来了新的发展机遇。其中，碳纳米管便是一类典型的、具有狄拉克材料结构的一维高长径比纳米材料。其典型的狄拉克双锥电子结构使得费米面附近的电子态主要为扩展π态。由于没有表面悬挂键，表面和纳米碳结构的缺陷对扩展π态的散射几乎不太影响电子在这些材料中的传输，室温下电子和空穴在碳纳米管中电子迁移率高达100000cm²/(V·s)，比目前最好的硅基材料迁移率高出2个数量级。在小偏压情况下，电子能量不足以激发碳纳米管中的光学声子，但与碳纳米管中的声学声子相互作用又很弱，其平均自由程可长达数微米，使得载流子在典型的几百纳米长的碳纳米管器件中呈现完美的弹道输运性质。

根据形态，碳纳米管可分为聚团状、垂直阵列状和水平阵列状。其中，水平阵列碳纳米管遵循顶部自由生长模式，摆脱了基底和周围碳管对其范德华力束缚作用，更容易实现宏观长度和完美结构。目前，清华大学魏飞教授课题组已成功实现半米以上大面积超长碳纳米管的可控制备，并且证明单根具有结构一致性和接近碳纳米管理论水平的电流耐受强度(109A/cm²)，远远超过集成电路中铜线所能承受的106A/cm²的上限。同时，结合其自身的纳米级尺度、导热、疏水性质，超长碳纳米管有望成为新一代高性能透明导电材料。

然而，现有的超长碳纳米管的阵列密度较低，这是由其生长模式所决定的，也是实现完美结构生长的重要前提，这种低阵列密度带来的低电流输出技术壁垒，无法满足新一代高性能夹丝加热车窗玻璃的性能要求，特别是在车载电压下的加热性能要求。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对现有加热窗板存在的上述技术问题，提供一种透光率高、加热功率密度高、加热均匀性好的采用超长碳纳米管加热的透明窗板以及夹层玻璃，同时还提供一种该透明窗板的制作方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种采用超长碳纳米管加热的透明窗板，所述透明窗板的边缘设有遮蔽区域，所述透明窗板的两端分别设有用于连接电源的第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述遮蔽区域内，其特征在于：所述透明窗板上负载有至少一层金属型的超长碳纳米管水平阵列，所述超长碳纳米管水平阵列包括平行排列的超长碳纳米管，所述超长碳纳米管呈近似波浪形或锯齿形延伸并电连接在所述第一电极和第二电极之间。

进一步地，所述超长碳纳米管的直径为0.6～4nm，伸直长度为500～3000mm，相邻的两根超长碳纳米管之间的间距为1～10mm。

进一步地，所述超长碳纳米管水平阵列的电阻为0.1～0.9Ω。

进一步地，所述超长碳纳米管中的金属型管的比例大于80％，管壁数为1～4。

进一步地，所述透明窗板上负载有多层超长碳纳米管水平阵列，相邻的两层超长碳纳米管水平阵列互相重合、平行或交叉。

进一步地，所述透明窗板为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或硅酸盐玻璃。

进一步地，所述超长碳纳米管水平阵列的表面涂覆有耐磨层。

本发明同时还提供一种上述透明窗板的制作方法，其特征在于，该制作方法包括如下步骤：步骤10：在带有晶格取向作用的基底表面生长制备波浪形或锯齿形的金属型超长碳纳米管水平阵列；步骤20：将至少一层超长碳纳米管水平阵列转移至透明窗板的表面；转移碳纳米管阵列的方法为采用聚甲基丙烯酸甲酯或醋酸纤维素纸中至少一种作为转移辅助材料步骤30：在透明窗板的两端分别设置第一电极和第二电极，并使所述第一电极和第二电极分别与所述超长碳纳米管的两端电连接。