用于微波炉的杂化纳米增强衬里制造技术

一种用于脆盘的衬里，包括陶瓷纳米颗粒和与陶瓷纳米颗粒结合的聚合物材料以提供混合物。碳纳米管的网络嵌入在混合物内以形成复合基体，其中碳纳米管在复合基体内单向对齐。

Hybrid nano reinforced lining for microwave oven

【技术实现步骤摘要】
用于微波炉的杂化纳米增强衬里
技术介绍
本装置大体上涉及衬里材料，并且更具体地，涉及用于与微波炉一起使用的衬里，其中该衬里由适合于改善微波炉的整体性能的材料组成，从而改善烹饪时间和烹饪彻底性，并且使微波炉更为节能。就产生适合于烹饪的热量需要的过大功率而言，微波炉烹饪一直存在问题。这主要是由于热量耗散引起对所产生的热量的过度损耗。因此，需要大量的努力来减少腔室产生的热量损失，该热量损失可以在烹饪过程中加以利用以改善此过程和所烹饪的食品的质量。在当前的微波炉中，支撑部件和组件连同转台或脆盘一起充当非导电材料(电介质)，其吸收微波辐射作为介电损耗。介电损耗量化了介电材料对电磁能量的固有耗散。如在微波炉中所使用的，此类特性取决于2.4GHz范围内的频率。因此，嵌入在硅内的铁氧体颗粒已被用来控制当前背板和托盘中的热量。这种措施在一定程度上有助于改善脆盘性能，但是由于它们的微波频率激活限制和所使用铁氧体的居里温度Tc限制，未能实现目标有益效果。认识到由于各种原因(如天线效应和欧姆损耗)而加热的当前脆盘材料(如铝)的传导性质以及施加在微波生成装置上的重负载，重要的是使用相比于现有的铁氧体和硅涂层的脆盘而言优异的电磁辐射吸收材料。对于典型的微波炉，现有的脆盘在约110bar的成型压力下，可在空气中以1050℃至1150℃的温度烧成包含按重量计高达90％的微粉。此类脆盘的收缩率在很大程度上取决于在形成脆盘的过程中使用的微粉。当此类盘在没有高效吸收电磁辐射的涂层/薄膜附着的微波炉中使用时，脆盘从微波发生器吸收大量的辐射(能量)。在较大的微波炉中，此问题更加复杂。这对功能性热源的利用施加了严格的限制，并倾向于引入与所烹饪食品的质量相关的问题。因此，期望一种纳米增强衬里系统，其使用碳纳米管与专有陶瓷材料和选定弹性体材料的杂化。这种杂化材料系统的独特之处在于暴露于微波频率下的调谐特性。
技术实现思路
在至少一个方面，一种脆盘包括盘和设置在盘的表面上的衬里。衬里包括碳纳米管的网络，其与铝纳米颗粒和陶瓷氧化铝材料相结合。碳纳米管的网络嵌入在聚合物基体内，并且在基体内单向对齐。在至少另一方面，一种用于脆盘的衬里包括铝和陶瓷纳米颗粒以及与陶瓷纳米颗粒相结合的聚合物，以提供混合物。碳纳米管的网络嵌入在混合物内以形成复合基体，其中碳纳米管在复合基体内单向对齐。在至少另一方面，一种形成用于脆盘的衬里的方法包括以下步骤：1)提供聚合物基体；2)将单向对齐的碳纳米管的网络连同铝纳米颗粒一起嵌入到聚合物基体内以提供复合基体；以及3)向复合基体提供陶瓷氧化铝组分以形成纳米增强衬里。通过研究以下说明书、权利要求书以及附图，本领域技术人员可以进一步理解和意识到本专利技术装置的这些以及其他特征、优点和目标。附图说明在附图中：图1是微波炉的前透视图，该微波炉在其腔室中设置有脆盘；图2A是微波炉的不完全剖视图，该微波炉具有在其上支撑有脆盘的支撑板，其中该脆盘包括衬里；图2B是微波炉的不完全剖视图，该微波炉具有在其上设置有衬里的脆盘；以及图3是衬里的前透视图，以部分分解图的形式示出了衬里的部件。具体实施方式在本文中为了说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”以及它们的派生词应当相对于图1中定向的装置。然而，应当理解的是，装置可以采用各种替代的定向和步骤顺序，除了明确指定相反的情况之外。还应当理解，在附图中例示说明并在以下说明书中描述的特定装置和过程仅是所附权利要求书中限定的专利技术构思的示范性实施例。因此，和本文所公开实施例有关的具体尺寸以及其他物理特性不应当被认为是限制性的，除非权利要求书另外明确地指出。提出了一种杂化纳米增强衬里，该衬里利用嵌入在选定材料基体内的碳纳米管研发。衬里被配置为用于增强电磁辐射吸收性能，从而使得该衬里能提供出色的自加热性能，尤其是当暴露于微波辐射时。为此，提出的衬里包括碳纳米管与铝纳米颗粒和纳米晶陶瓷纳米颗粒的完全致密纳米复合材料的基体，如铝纳米颗粒(Al，99.9％，30-50nm)和氧化铝(Al2O3)，并与两部分预聚合聚合物共混，其断裂韧度约为10MPa。当将衬里设置在微波炉中脆盘的表面上时，这种杂化纳米增强衬里在不耗散产生的热量的情况下提供增强的电磁辐射吸收能力。在开发杂化纳米增强衬里的过程中，通过火花等离子体烧结，在低至1150℃的烧结温度下，将化学气相沉积生长的碳纳米管与铝纳米颗粒(Al，99.9％，30-50nm)和氧化铝(Al2O3)纳米颗粒混合。随后可以将碳纳米管和三氧化二铝纳米颗粒的这种杂化基体与两部分预聚合聚合物共混。据设想，碳纳米管具有约3nm的直径。已经发现，碳纳米管的特大表面积和纳米坑有助于加强与铝纳米颗粒和三氧化二铝纳米颗粒的界面连接，特别是当与两部分预聚合聚合物共混时。更进一步地，将碳纳米管和铝纳米颗粒结合到衬里中有助于提高衬里的导电率和韧性，与此同时通过将杂化材料系统转变成电磁辐射吸收衬里来降低三氧化二铝的脆性。这种杂化衬里的独特之处在于，它具有极高的机械强度、提高的耐腐蚀性和对电磁辐射吸收的高灵敏度。此外，该衬里在其层间断裂韧性、抗分层性、平面内机械和热性能、阻尼以及热弹性行为方面都表现出了极大的改进，这使得该杂化衬里系统成为用于脆盘应用的理想衬里。现在参考图1，示出了微波炉6，其中省略了用于封闭微波炉6的腔室7的门。腔室7由侧壁1和2、顶壁3、底壁4以及后壁5限定。沿着右侧壁1设置，上部和下部输入开口8和9被配置为将微波32(参见图2A)从微波源经由波导装置30(参见图2A)供应到腔室7中。输入开口8、9和波导装置30被设置为将微波32供应到用于烹饪食物基质的腔室7。在图1所示的实施例中，电褐变元件11沿着腔室7的顶壁3定位，并且被配置为用于通过电加热装置使食物基质的上侧褐变。如图1进一步所示，脆盘10定位在腔室7的底壁4上。脆盘10可以是直接定位在腔室7的底壁4上的可移动盘。脆盘10也可以位于支撑板上，如图2A所示的支撑板20。在图2A中，脆盘10被支撑在支撑板20的上表面20A上，并且支撑板20还由具有臂24和轮26的旋转机构22从支撑板20的下表面20B支撑。在图2A中，根据本专利技术构思，脆盘10包括衬里12。衬里12可以包括一个或多个层14、18，其被设计成增强脆盘10的褐变特征。具体地，本构思的衬里12被配置为提供对食物基质的均匀加热、提供改善的加热时间、在烹饪过程中消耗更少的能量，以及包括上限温度从而避免食物基质的过度烹饪或烧焦。在图2A中，衬里12的层14、18被显示为设置在盘16的上侧和下侧上。据设想，盘16可以是由诸如陶瓷或铝的金属材料组成的金属盘。此外，可以设想，衬里12可以同时定位在盘16的上侧和下侧上、仅在上侧上或者仅在下侧上。如本文中所使用的，术语“脆盘”是指当暴露于微波辐射时有助于食物基质的褐变或变脆的盘。脆盘10在本文中也可以被称为褐变盘、酥脆盘或基座盘。此外，如本文中所使用的，术语“衬里”是指设置在脆盘的表面上以改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脆盘，其包括：/n盘；/n设置在所述盘的表面上的衬里，其中所述衬里包括：/n碳纳米管的网络，其与铝纳米颗粒和陶瓷氧化铝相结合；以及/n适合于形成基体的聚合物，其中所述碳纳米管的网络嵌入在所述基体内，并且进一步地，其中所述碳纳米管在所述基体内单向对齐。/n

【技术特征摘要】
20181115 US 16/192,2351.一种脆盘，其包括：
盘；
设置在所述盘的表面上的衬里，其中所述衬里包括：
碳纳米管的网络，其与铝纳米颗粒和陶瓷氧化铝相结合；以及
适合于形成基体的聚合物，其中所述碳纳米管的网络嵌入在所述基体内，并且进一步地，其中所述碳纳米管在所述基体内单向对齐。


2.根据权利要求1所述的脆盘，其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。


3.根据权利要求1所述的脆盘，其中所述碳纳米管为单壁碳纳米管。


4.根据权利要求1所述的脆盘，其中所述碳纳米管为双壁碳纳米管。


5.根据权利要求1所述的脆盘，其中所述碳纳米管为少量壁碳纳米管。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的脆盘，其中所述碳纳米管为超短碳纳米管。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的脆盘，其中所述聚合物包括基于两部分的预聚合聚合物。


8.根据权利要求1至5中任一项所述的脆盘，其中所述衬里包括按重量计1.5％的所述聚合物。


9.根据权利要求8所述的脆盘，其中所述衬里包括按重量计15％的所述陶瓷氧化铝。


10.一种用于脆盘的衬里，其包括：
铝纳米颗粒；
陶瓷纳米颗粒；
聚合物材料，其与所述陶瓷纳米颗粒相结合以提供混合物；以及
碳纳米管的网络，其嵌入在所述混合物内以形成复合基体，其中所述碳纳米管在所述复合基体内单向对齐。


11.根据权利要求10所述的衬里，其中所述混合物包括按重量计1.5％的所述聚合物材料，并且进...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·希扎尔，E·布齐，
申请(专利权)人：惠而浦有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US