具有碳纳米管加热器的多层结构制造技术

公开了一种多层结构，其包括：第一加热器层，其包括CNT加热器，其中CNT加热器包括碳纳米管和硅酮的复合物；和第二加热器层，其包括PTC加热器，其中PTC加热器包括炭黑和聚合物的复合物；其中第一加热器层和该第二加热器层分别是电串联的第一加热器层和第二加热器层；其中第一加热器层具有相对于电阻率的负温度系数；其中第二加热器层具有相对于电阻率的正温度系数。还公开了一种包括多层结构的飞机部件。

Multilayer structure with carbon nanotube heater

【技术实现步骤摘要】
具有碳纳米管加热器的多层结构
技术介绍
示例性实施方案涉及碳纳米管加热器的领域，并且更具体地，涉及用于飞机的包括碳纳米管加热器的多层结构。飞机在它们的机翼中采用电热加热技术以防止结冰。碳纳米管(CNT)加热器是飞机应用的潜在选择，因为它们拥有高的强度重量比和高的功率密度。例如，CNT加热器可以包括碳纳米管和硅酮的复合物。然而，在高温下，碳纳米管加热器的电热阻抗显著降低(负温度系数)，从而导致过多的功率输出和机翼过热。此外，机翼除冰系统经常使用多个温度传感器来监测和控制机翼表面温度。然而，温度传感器只能在单个局部位置监测温度。另外，在机翼的整个表面上安装温度传感器是不切实际的。用这样的系统监测或控制机翼温度变得困难，因为温度可以在机翼的整个表面上的热点和冷点中变化。然后这种温度变化可以导致系统过热和故障。因此，需要开发一种用于飞机的具有CNT加热器的坚固轻型的结构，该结构可以提高功率输出效率、调节整个机翼表面的温度，并且防止过热。
技术实现思路
公开了一种多层结构，其包括：第一加热器层，其包括CNT加热器，其中CNT加热器包括碳纳米管和硅酮的复合物；和第二加热器层，其包括PTC加热器，其中PTC加热器包括炭黑和聚合物的复合物；其中第一加热器层和该第二加热器层分别是电串联的第一加热器层和第二加热器层；其中第一加热器层具有相对于电阻率的负温度系数；其中第二加热器层具有相对于电阻率的正温度系数。还公开了一种包括多层结构的飞机部件。附图说明以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参照附图，相似元件的附图标记相似：图1是根据示例性实施方案的多层结构的横截面图；图2是描绘多层加热器结构的电阻与温度的数据的线图；图3是描绘多层加热器结构的功率与温度的数据的线图；以及图4是根据示例性实施方案的用于多层加热器结构的串联电路示意图。具体实施方式参照附图，本文通过示例而非限制的方式呈现了所公开的装置和方法的一个或多个实施方案的详细描述。参照图1，多层结构10包括金属层12、粘合层22、玻璃纤维层14、第一加热器层16以及第二加热器层18。多层结构10可以包括比图1所示的更多的层或更少的层。例如，多层结构10可以包括附加的粘合层22和附加的玻璃纤维层14。多层结构10可以包括以与图1所示相同的顺序被布置的层。或者，多层结构10可以包括以与图1所示不同的顺序被布置的层。例如，如图1所示，金属层12可以位于比第二加热器层18更靠近第一加热器层16的位置。或者，金属层12可以位于比第一加热器层16更靠近第二加热器层18的位置(例如，如图1所示，第一加热器层16和第二加热器层18的位置可以交换)。参照图4，第一加热器层16和第二加热器层18可以分别是电串联的第一加热器层和第二加热器层。“V”表示电压源。也就是说，电流可以首先流过第一加热器层16，然后电流可以随后流过第二加热器层18。第一加热器层16可以具有相对于电阻率的负温度系数。也就是说，随着第一加热器层16的温度升高，第一加热器层16的电导率增加(即，电阻减小)。第二加热器层18可以具有相对于电阻率的正温度系数。也就是说，随着第二加热器层18的温度升高，第二加热器层18的电阻增加(即，电导率降低)。当电流流过第一加热器层16时，第一加热器层16的温度升高，并且因此第一加热器层16的电阻减小。这导致第一加热器层16的散热增加。然后电流流过第二加热器层18(电串联中的下一个)，引起第二加热器层18的温度升高，并且因此第二加热器层18的电阻增加。因此，在高温下，来自第一加热器层16的电流在随后流过第二加热器层18时将被抑制。因此，第一加热器层16和第二加热器层18将具有自调节关系。第一加热器层16和第二加热器层18将平衡并且稳定多层结构10的温度。这为多层结构10的热输出创建了自调节回路。例如，如果从第一加热器层16输出的温度和功率过大，则第二加热器层18(电阻增加)将通过抑制回路中的电流来补偿，从而减小了对第一加热器层16的功率。这种补偿效果导致了自调节系统。因此，多层结构可以解决局部热点和冷点，并且在飞机的机翼的整个表面上保持均匀的温度分布。多层结构10是用于飞机的坚固且轻型的加热器结构，该结构可以提高功率输出效率、调节整个机翼表面上的温度，并且防止过热。第一加热器层16可以包括碳纳米管(CNT)加热器。例如，CNT加热器可以包括碳纳米管和硅酮的复合物。第二加热器层18可以包括正温度系数(PTC)的加热器。例如，PTC加热器可以包括炭黑和聚合物的复合物。在本领域中应当理解，对于给定的温度，可以通过改变其成分来改变复合物的电阻。例如，当增加第一加热器层16中的碳纳米管的百分比时，给定的温度的电阻会降低(K.Chu、D.Kim、Y.Sohn、S.Lee、C.Moon和S.Park，“Electricalandthermalpropertiesofcarbon-nanotubecompositeforflexibleelectricheating-unitapplications,”IEEEElectronDeviceLett.，第34卷，第5期，第668-670页，2013年5月)。同样地，当增加第二加热器层18中炭黑的百分比时，给定的温度的电阻会降低(K.Chu、D.-J.Yun、D.Kim、H.Park和S.-H.Park，“Studyofelectricheatingeffectsoncarbonnanotubepolymercomposites,”OrganicElectron.，第15卷，第11期，第2734-2741页，2014年11月)。因此，应当理解，对于任何给定的应用，本领域技术人员可以根据需要改变第一加热器层16和第二加热器层18的电阻。多层结构10还可以包括粘合层22，例如，大于或等于两个粘合层22。例如，粘合层22可以包括热导材料、电绝缘材料或包括前述至少一种的组合。粘合层22可以将相邻的层粘合在一起。多层结构10还可以包括玻璃纤维层14，例如，大于或等于两个玻璃纤维层14。多层结构10还可以包括金属层12。例如，金属层12可以包括铝、钢或包括前述至少一种的组合。金属层12可以是多层结构10的外表面。例如，金属层12可以是包括多层结构10的飞机部件的外表面。例如，飞机部件可以是飞机的机翼。示例参照图2和图3，呈现了在变化的温度(℃)下的多层加热器结构的特性。R1是如图1所示的多层结构10的第一加热器层16的以欧姆为单位的电阻。R2是如图1所示的多层结构10的第二加热器层18的以欧姆为单位的电阻。R1+R2是多层结构10的电串联的组合电阻。R3是单独分隔的CNT加热器的电阻，该加热器包含碳纳米管和硅酮的复合物，被测试用于比较的目的。如图2所示，在较低的温度下，电串联(R1+R2)中的组合电阻小于或等于R3。如图3所示的功率(R1+R2)，是图1所示的多层结构10所消耗的功率(瓦)。如图2和图3所示，在较高的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层结构，其包括：/n第一加热器层，其包括CNT加热器，其中所述CNT加热器包括碳纳米管和硅酮的复合物；和/n第二加热器层，其包括PTC加热器，其中所述PTC加热器包括炭黑和聚合物的复合物；/n其中所述第一加热器层和所述第二加热器层分别是电串联的第一加热器层和第二加热器层；/n其中所述第一加热器层具有相对于电阻率的负温度系数；并且/n其中所述第二加热器层具有相对于电阻率的正温度系数。/n

【技术特征摘要】
20181213 IN 2018110472131.一种多层结构，其包括：
第一加热器层，其包括CNT加热器，其中所述CNT加热器包括碳纳米管和硅酮的复合物；和
第二加热器层，其包括PTC加热器，其中所述PTC加热器包括炭黑和聚合物的复合物；
其中所述第一加热器层和所述第二加热器层分别是电串联的第一加热器层和第二加热器层；
其中所述第一加热器层具有相对于电阻率的负温度系数；并且
其中所述第二加热器层具有相对于电阻率的正温度系数。


2.根据权利要求1所述的多层结构，其还包括粘合层。


3.根据权利要求1所述的多层结构，其还包括大于或等于两个粘合层。


4.根据权利要求2所述的多层结构，其中所述粘合层包括热导材料、电绝缘材料或...

【专利技术属性】
技术研发人员：R雅各布，GP马哈帕特拉，
申请(专利权)人：古德里奇公司，
类型：发明
国别省市：美国;US