包括納米材料填料的加熱元件、其制造方法和包括其的設備與流程

相關申請的交叉引用本申請要求在韓國知識產(chǎn)權局于2015年12月9日提交的韓國專利申請no.10-2015-0175347和2016年10月25日提交的韓國專利申請no.10-2016-0139285的權益，將其公開內(nèi)容全部引入本文作為參考。本公開內(nèi)容涉及加熱元件，且更具體地涉及包括納米材料填料的加熱元件、包括所述加熱元件的設備和制造所述加熱元件的方法。
背景技術：
：加熱元件可分為：具有碳(例如石墨、碳納米管、炭黑等)作為主要元件的有機加熱元件、包括金屬(例如ag、ni-cr組、mo、w等)的金屬加熱元件、和包括陶瓷(例如碳化硅、硅化鉬等)的陶瓷加熱元件。加熱元件可進一步分為具有棒形狀的棒型加熱元件和其中將厚膜形式的加熱元件放置在基底上的輥型加熱元件。有機加熱元件可容易地和便宜地制造，但是其高溫耐久性低，因為有機材料在高溫下與氧氣反應。金屬加熱元件具有高的電導率(導電性)且可容易地控制，并且因此，其發(fā)熱(熱產(chǎn)生)特性高，但是在高溫下，金屬可被氧化，并且因此，發(fā)熱特性可降低。陶瓷加熱元件具有低的與氧氣的反應性，并且因此，具有長的高溫耐久性，但是其電導率與金屬加熱元件相比相對低，而且，陶瓷在高溫下燒結。棒型加熱元件容易制造，但是在其腔中保持溫度是困難的。然而，在輥型加熱元件中，整個輥可發(fā)熱，并且因此，其腔中的溫度可得以均勻地保持。技術實現(xiàn)要素：提供由于提高的電導率而具有高的發(fā)熱特性的加熱元件。提供通過改善的加工性能而在相對降低的燒結溫度下制造所述加熱元件的方法。提供通過包括所述加熱元件而提高發(fā)熱效率的設備。另外的方面將在以下描述中部分地闡明并且部分地將從所述描述明晰，或者可通過所呈現(xiàn)的示例性實施方式的實踐而獲知。根據(jù)實施方式的一個方面，加熱元件包括：基體材料；和納米材料型填料，其中所述納米材料型填料是納米片或者納米棒。所述基體材料可包括如下之一：玻璃粉和有機材料。所述玻璃粉可包括如下之一：氧化硅、氧化鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化硼、氧化鉀、氧化鋁、氧化鈦、氧化錳、氧化銅、氧化鋯、氧化磷、氧化鋅、氧化鉍、氧化鉛、和氧化鈉。所述玻璃粉可通過將添加劑添加至氧化硅而形成并且所述添加劑可包括如下的至少一種：li、ni、co、b、k、al、ti、mn、cu、zr、p、zn、bi、pb、和na。所述有機材料可為有機聚合物。所述有機聚合物可包括如下之一：聚酰亞胺(pi)、聚苯硫醚(pps)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰胺酰亞胺(pai)、液晶聚合物(lcp)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚苯硫醚(pps)、和聚醚醚酮(peek)。所述填料可包括如下的至少一種或至少兩種：氧化物、硼化物、碳化物、和硫?qū)倩?。所述填料可具有在約1nm-約1,000nm范圍內(nèi)的厚度和在約0.1μm-約500μm范圍內(nèi)的長度，和所述加熱元件中的所述填料的含量可在約0.5體積％-100體積％的范圍內(nèi)，基于所述加熱元件的總重量。所述填料的含量的上限可小于100體積％，基于所述加熱元件的總重量。所述填料可包括具有至少1,250s/m的電導率的納米材料。根據(jù)實施方式的一個方面，提供加熱元件的制造方法，所述方法包括制造納米材料型填料。將所述納米材料型填料與基體材料混合，然后將所述納米材料型填料和所述基體材料的混合物涂覆在基底上。然后，進行對在所述基底上的所涂覆的混合物的熱處理，其中所述納米材料型填料是納米片或者納米棒。在以上方法中，所述填料可如下制造。首先，形成包括納米材料的水溶液，然后計算所述納米材料相對于所述納米材料水溶液的濃度(g/l)。然后，量取一定體積的所述納米材料水溶液，使得所述納米材料水溶液包括期望重量的所述納米材料。從所量取的納米材料水溶液除去溶劑。對在所述基底上的所涂覆的材料的熱處理可如下進行：可將涂覆在所述基底上的混合物干燥，然后可將經(jīng)干燥的所得產(chǎn)物燒結。所述基底可具有與所述基體材料相同的組成或不同的組成。所述基底可為硅晶片或者金屬基底。所述涂覆可經(jīng)由絲網(wǎng)印刷方法、噴墨方法、浸涂方法、旋涂方法、或者噴涂方法進行。根據(jù)示例性實施方式的一個方面，設備包括包含納米材料填料的加熱元件。所述設備中包括的所述加熱元件可為如上所述的加熱元件。所述設備可進一步在所述加熱元件的側上包括絕熱部件和熱反射部件之一。所述加熱元件可被提供作為向在所述設備內(nèi)部的給定區(qū)域供應熱的熱源。此外，所述加熱元件被提供作為向在所述設備外部的給定區(qū)域供應熱的熱源。附圖說明由結合附圖考慮的實施方式的以下描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易領會，其中：圖1為根據(jù)實施方式的包括納米材料填料的加熱元件的示意性橫截面圖；圖2為在基底和加熱元件之間具有絕緣層的圖1的加熱元件的橫截面圖；圖3為根據(jù)實施方式的包括納米材料填料的加熱元件的制造方法的流程圖；圖4為在根據(jù)實施方式的加熱元件的制造方法中的剝層的ruo(2+x)納米片(0≤x≤0.1)的掃描電子顯微鏡(sem)圖像；圖5為通過根據(jù)實施方式的加熱元件的制造方法形成的加熱元件的sem圖像；圖6顯示與通過根據(jù)實施方式的方法形成的加熱元件比較的對比加熱元件的sem圖像；和圖7為顯示當填料分散程度和燒結程度分別為1(100％)且填料的體積分數(shù)為10體積％時在根據(jù)實施方式的加熱元件的電導率和填料的電導率之間的相關性的圖；圖8為根據(jù)一種實施方式的包括加熱元件的設備的橫截面圖；圖9為圖8的第一區(qū)域的放大的橫截面圖；和圖10為根據(jù)另一實施方式的包括加熱元件的設備的橫截面圖。具體實施方式當制造片型加熱元件時，將形成基體的玻璃粉和可發(fā)熱(產(chǎn)生熱)的填料混合以形成復合物。在此情況下，所述填料應彼此連接以通電，并且因此，可發(fā)熱。在相關領域中的使用陶瓷材料作為填料的加熱元件的情況下，使用球型或者三維結構多面體，例如，使用ruo2球或者多面體顆粒作為填料。當使用該類型的ruo2顆粒時，理論上當玻璃粉顆粒的整個表面被ruo2顆粒覆蓋時ruo2顆粒之間的逾滲可為可能的，并且因此，可實現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)熱。然而，當使用ruo2球或者多面體顆粒作為填料時，所述ruo2顆粒之間的接觸面積小，并且因此，可需要高溫來進行燒結，并且待逾滲的ruo2顆粒含量可增加。根據(jù)當前示例性實施方式的加熱元件為片型加熱元件，并且使用納米材料填料。因此，與當使用相關領域的填料時相比，容易地發(fā)生逾滲并且燒結溫度可降低?？墒褂眉{米片作為納米材料的實例。少量的納米片可覆蓋基體材料的表面并且相鄰的納米片形成表面接觸，且因此加熱元件的可燒結性提高。由于上述特性，當使用納米材料填料時，與使用相關領域的ruo2顆粒作為填料時相比，盡管使用相同量的填料，但是電導率提高。下文中，將參照附圖詳細地描述包括納米材料填料的加熱元件、包括所述加熱元件的設備、和制造所述加熱元件的方法。在附圖中，為了清楚，可放大區(qū)域和層的厚度。圖1為根據(jù)實施方式的包括納米材料填料的加熱元件的示意性橫截面圖。參照圖1，在基底30上形成加熱元件40?；?0可包括單層或多層。可通過一系列過程例如涂覆過程和干燥過程在基底30上形成加熱元件40。加熱元件40可通過從外部供應的能量而發(fā)熱。從外部供應的外部能量可為電能，但是可使用可施加至加熱元件40以發(fā)熱的任何能量作為所述外部能量。包括基底30和加熱元件40的整體可被稱作加熱元件。加熱元件40可包括基體材料42和多個填料44。作為一個實例，加熱元件40可由基體材料42和填料44構成。加熱元件40可進一步包括與基體材料42和填料44一起的其它組分。在填料44中，橫向上或者縱向上相鄰的填料44的一些可彼此直接接觸，并且相鄰的填料44的至少一些區(qū)域的可處于與彼此的表面接觸。以此方式，均勻地分布在基體材料42中的填料44可彼此電連接并且加熱元件40可具有導電性。由于鄰近的填料44彼此形成表面接觸，因此加熱元件40的電導率與當使用相關領域的顆粒填料時相比可容易地提高。因此，如果分布在基體材料42中的填料44的含量為與相關領域的顆粒填料相同的含量，則加熱元件40的電導率可比在使用相關領域的顆粒填料的加熱元件中大?；w材料42和多個填料44可通過彼此混合而形成單層的加熱元件?？蛇M一步在加熱元件40上形成上部層48。上部層48可包括單個層或者多個層。包括基底30、加熱元件40、和上部層48的整體可被稱作加熱元件。在當前實施方式中，基體材料42可包括玻璃粉。所述玻璃粉可包括如下的一種氧化物：氧化硅、氧化鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化硼、氧化鉀、氧化鋁、氧化鈦、氧化錳、氧化銅、氧化鋯、氧化磷、氧化鋅、氧化鉍、氧化鉛、和氧化鈉。所述玻璃粉也可為添加了添加劑的氧化硅。所述添加劑可包括如下的至少一種：li、ni、co、b、k、al、ti、mn、cu、zr、p、zn、bi、pb、和na。然而，所述添加劑不限于以上材料。在另一實施方式中，基體材料42可包括具有耐熱性質(zhì)的有機材料。例如，基體材料42可包括有機聚合物。所述有機聚合物可具有例如大于200℃的熔點tm。所述有機聚合物可為如下之一：聚酰亞胺(pi)、聚苯硫醚(pps)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰胺酰亞胺(pai)、液晶聚合物(lcp)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚苯硫醚(pps)、和聚醚醚酮(peek)?；?0可具有與基體材料42的組成相同的組成或者不同的組成。例如，基底30可包括如下的至少一種氧化物：氧化硅、氧化鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化硼、氧化鉀、氧化鋁、氧化鈦、氧化錳、氧化銅、氧化鋯、氧化磷、氧化鋅、氧化鉍、氧化鉛、和氧化鈉。作為另一實例，基底30可為包括與用于形成基體材料42的材料不同的材料的基底。例如，基底30可為硅晶片、金屬基底、或者其它導電基底。當基底30為導電基底時，如圖2中所描繪的，可進一步在加熱元件40和基底30之間提供絕緣層24。此外，可進一步在基底30的下表面上提供絕緣層20。絕緣層20和24可為相同的氧化物玻璃層或者不同的氧化物玻璃層。所述氧化物玻璃層可包括如下的至少一種：氧化硅、氧化鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化硼、氧化鉀、氧化鋁、氧化鈦、氧化錳、氧化銅、氧化鋯、氧化磷、氧化鋅、氧化鉍、氧化鉛、和氧化鈉。所述氧化物玻璃層可包括釉(釉質(zhì))層。在圖2中，附圖標記40a和40b為分別附著至加熱元件40的兩個末端的第一和第二電極?？赏ㄟ^第一和第二電極40a和40b將電力供應至加熱元件40。在圖2中，不僅由附圖標記40表示的元件，而且圖2中描繪的整體可被稱作加熱元件。多個填料44可為包括納米材料的填料。例如，填料44可為納米片型填料或者納米棒型填料。所述納米片型填料或者所述納米棒型填料可包括各種材料的納米片或者納米棒。所述納米片或者納米棒可具有擁有給定電導率(例如，1,250s/m)的組成。然而，在一些情況下，所述納米片或者納米棒的電導率可略微大于或者小于給定的電導率。納米片型填料或者納米棒型填料可包括如下的至少一種或至少兩種：氧化物、硼化物、碳化物、和硫?qū)倩铩Ｓ米魈盍?4的氧化物可為例如如下之一：其中0≤x≤0.1的ruo2+x、mno2、reo2、vo2、oso2、tao2、iro2、nbo2、wo2、gao2、moo2、ino2、cro2、和rho2。用作填料44的硼化物可包括例如ta3b4、nb3b4、tab、nbb、v3b4和vb。用作填料44的碳化物可為例如dy2c或者ho2c。用作填料44的硫?qū)倩锟蔀槔缛缦轮唬篴ute2、pdte2、ptte2、yte3、cute2、nite2、irte2、prte3、ndte3、smte3、gdte3、tbte3、dyte3、hote3、erte3、cete3、late3、tise2、tite2、zrte2、hfte2、tase2、tate2、tis2、nbs2、tas2、hf3te2、vse2、vte2、nbte2、late2、和cete2。填料44可具有在約1nm-約1,000nm范圍內(nèi)的厚度。填料44可具有在約0.1μm-約500μm范圍內(nèi)的尺寸。加熱元件40中的填料44的含量可在約0.1體積％至約小于100體積％的范圍內(nèi)，基于加熱元件40的總重量。接下來，將參照圖3描述制造包括納米材料的加熱元件的方法。作為實例，將描述包括10重量％的填料的加熱元件。1)包括納米材料的填料的制造(s1)制造其中0≤x≤0.1的ruo(2+x)納米片作為包括納米材料的填料的實例。也可與用于形成其中0≤x≤0.1的ruo(2+x)納米片的方法相同或者類似地制造包括其它納米材料的填料。為了制造ruo(2+x)納米片，在將k2co3與ruo2以5:8的摩爾比混合之后，將混合物成形為粒料(圓片，pellet)。將所述粒料置于氧化鋁坩堝中，并且在管式爐中在850℃的溫度下熱處理12小時。所述熱處理可在氮氣氣氛下進行。各粒料的重量在約1g-約20g范圍內(nèi)。然而，所述粒料的重量可按需要而改變。所述粒料的形狀可為圓盤形狀。在所述粒料的熱處理之后，當所述管式爐的溫度冷卻至室溫時，將所述氧化鋁坩堝從所述管式爐取出并且將所述粒料研磨成粉末。接著，在將所述粉末用約100ml-約4l的水洗滌24小時之后，通過過濾溶液而分離粉末。此時，所述粉末具有k0.2ruo2.1·nh2o的組成。接著，將k0.2ruo2.1·nh2o粉末浸漬在1mhcl溶液中并且攪拌3天。之后，通過過濾溶液而收取粉末。在該過程中獲得的粉末的組成為h0.2ruo2.1。接著，將1g的h0.2ruo2.1粉末浸漬在250ml其中插層劑例如tmaoh和tbaoh混合的水溶液中，并且將混合物攪拌超過10天。這里，tmaoh和tbaoh的濃度可為大約tma+/h+、tba+/h+＝0.1～50。在攪拌過程完成之后，對于獲得的溶液使用離心過程。所述離心可以2,000rpm進行30分鐘。通過所述離心，分離包括剝層的ruo(2+x)納米片的水溶液和包括未剝層的粉末的沉淀物。圖4為在根據(jù)示例性實施方式的加熱元件的制造方法中的剝層的ruo(2+x)納米片(0≤x≤0.1)的掃描電子顯微鏡(sem)圖像。在圖4中，附圖標記50和52分別表示基底和ruo(2+x)納米片。通過離心獲得的剝層的ruo(2+x)納米片可包括ruo2納米片(x＝0)和ruo2.1納米片(x＝0.1)。為了方便起見，在下文中，ruo(2+x)納米片被稱為ruo2納米片。通過使用紫外-可見光分光光度計(uvs)測量通過離心獲得的包括剝層的ruo2納米片的水溶液的濃度。接著，測量所述ruo2納米片水溶液對于350nm的波長的光學吸光度，并且ruo2納米片相對于所述ruo2納米片水溶液的濃度g/l是通過使用ruo2納米片的吸收系數(shù)(7400l/mol.cm)計算的。接著，量取一定體積的ruo2納米片水溶液以包括期望重量的ruo2納米片，并且通過使用離心分離器從所述ruo2納米片水溶液除去溶劑。這里，所述離心分離器可以10,000rpm或者更高的速率操作15分鐘或更長時間。2)制造加熱元件將基體材料混入從其除去ruo2納米片水溶液的溶劑的所得產(chǎn)物中(s2)?？商砑铀龌w材料，使得ruo2納米片的重量含量為設定值(例如，10重量％)。要添加的基體材料的量可根據(jù)設定值的ruo2納米片的重量含量而改變。在制造加熱元件的當前方法的實驗中，作為基體材料，使用其中混合如下的至少一種的氧化物玻璃：氧化硅、氧化鋰、氧化鎳、氧化鈷、氧化硼、氧化鉀、氧化鋁、氧化鈦、氧化錳、氧化銅、氧化鋯、氧化磷、氧化鋅、氧化鉍、氧化鉛、和氧化鈉。接著，將所述ruo2納米片和所述基體材料的混合物涂覆在基底上(s3)。所述基底可具有與所述基體材料相同的組成或者不同的組成，并且可為硅晶片或者金屬基底。所述混合物的涂覆可通過使用絲網(wǎng)印刷方法、噴墨方法、浸涂方法、旋涂方法、或者噴涂方法進行。在完成涂覆之后，將涂覆的混合物在約100℃-約200℃范圍內(nèi)的溫度下干燥以從所述涂覆的混合物除去溶劑(s4)。接著，將從其除去溶劑的涂覆的混合物在約500℃-約900℃范圍內(nèi)的溫度下熱處理1分鐘-20分鐘(s5)。例如，可將所述涂覆的混合物在600℃下熱處理2分鐘。結果，ruo2納米片燒結。以此方式，制得包括納米材料的加熱元件。圖5為通過根據(jù)示例性實施方式的加熱元件的制造方法形成的加熱元件的sem圖像。在圖5中，附圖標記60表示基體材料(例如，玻璃粉)且附圖標記62表示納米材料填料(例如，ruo2納米片)。參照圖5，納米材料填料62均勻地分布在基體材料60中。同時，硫?qū)倩锛{米片、硼化物納米片、和碳化物納米片可如下制造。首先，硫?qū)倩锛{米片可如下制造。準備處于固體粉末狀態(tài)的原材料。這里，所述原材料是通過以原子比稱取而準備的。接著，將所準備的原材料均勻地混合，并且之后，制成粒料。在將所述粒料置于石英管中之后，將所述石英管用氬氣填充并且密封。將該其中放置有所述粒料的石英管在爐子中在500℃-1300℃范圍內(nèi)的溫度下熱處理12小時-72小時。在所述熱處理之后，將所得產(chǎn)物冷卻至室溫，并且之后，將所述粒料從所述石英管取出并且研磨，從而獲得處于粉末狀態(tài)的硫?qū)倩飳印囯x子注入以粉末狀態(tài)形成的硫?qū)倩飳又g?？赏ㄟ^使用鋰離子源例如正丁基鋰將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硫?qū)倩飳又g。作為另一實例，代替使用鋰離子源，可通過使用電化學方法直接將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硫?qū)倩飳又g。當將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硫?qū)倩飳又g時，硫?qū)倩飳又g的間隙增大，并且因此可將硫?qū)倩飳蛹戳驅(qū)倩锛{米片剝層。當鋰離子被大尺寸的分子(例如水分子或者有機分子)替換時，硫?qū)倩飳又g的間隙可進一步增大。因此，硫?qū)倩锛{米片可進一步容易地剝層。作為將硫?qū)倩锛{米片容易地剝層的另一方法，在將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硫?qū)倩飳又g之后，可將硫?qū)倩飳映曁幚?。硼化物納米片可通過以下兩種方法制造。第一種方法是與制造硫?qū)倩锛{米片的方法相同的方法。第二種方法如下。準備處于固體粉末狀態(tài)的原材料。這里，所述原材料是通過以原子比稱取而準備的。接著，將所準備的原材料均勻地混合，并且之后，制成粒料。在將所述粒料置于電弧熔融設備中之后，通過使用電弧將所述粒料在高溫下熔融。使用電弧的過程可重復幾次，直至所述粒料完全熔融并均勻地混合以變成單相。在將所得產(chǎn)物冷卻至室溫之后，將所得產(chǎn)物從所述電弧熔融設備移出并且研磨，從而獲得處于粉末狀態(tài)的硼化物層。之后，將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間?？赏ㄟ^使用鋰離子源例如正丁基鋰將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間。代替使用鋰離子源，可通過使用電化學方法直接將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間。當將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間時，以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間的間隙可增大，并且因此硼化物層即硼化物納米片可容易地剝層，當鋰離子被大尺寸的分子(例如水分子或者有機分子)替換時，硼化物層之間的間隙可進一步增大。因此，硼化物納米片可進一步容易地剝層。在將鋰離子注入以粉末狀態(tài)形成的硼化物層之間之后，可通過將硼化物層超聲處理而剝層硼化物納米片。碳化物納米片可通過使用用于制造硼化物納米片的相同方法制造。3)電導率測量在將ag糊施加在所形成的加熱元件的兩個邊緣上之后，通過將所述ag糊干燥而形成兩個電極。測量這兩個電極之間的電阻，并且通過測量加熱元件的橫向、縱向的長度和厚度而測量加熱元件的電導率。在通過上述方法制造的加熱元件的情況中，所測量的電導率為大約1,358s/m。將描述根據(jù)對于根據(jù)上述實施方式的加熱元件而言的對比例的加熱元件。詳細地，為了將根據(jù)當前實施方式的加熱元件與根據(jù)對比例的加熱元件(下文中，對比加熱元件)進行比較，通過使用具有2或更小的長徑比的ruo2顆粒制造對比加熱元件。為了與根據(jù)當前實施方式的包括納米片的加熱元件進行比較，通過混合玻璃粉和10重量％的ruo2顆粒而制造對比加熱元件，并且在700℃的溫度下進行用于燒結的熱處理5分鐘。測得對于所述對比加熱元件的電導率為2.93s/m。通常，如果燒結溫度高并且熱處理時間長，則ruo2良好地燒結，并且因此加熱元件的電導率是如所需要地高的。然而，在根據(jù)上述當前實施方式的加熱元件的情況中，雖然與對比加熱元件相比燒結溫度低并且燒結時間短，但是根據(jù)當前實施方式的加熱元件的電導率為對比加熱元件的電導率的300倍或更多倍高。該結果的原因之一可認為是，與對比加熱元件中包括的ruo2顆粒相比，根據(jù)當前實施方式的加熱元件中包括的ruo2納米片顆粒更好地逾滲。圖6顯示根據(jù)該對比例的加熱元件的sem圖像。圖6的圖像(b)和圖像(c)分別是圖6(a)的第一區(qū)域a1和第二區(qū)域a2的放大的照片。在圖6中，附圖標記70表示玻璃粉(例如，釉)且附圖標記72表示ruo2顆粒。參照圖像(b)和圖像(c)，存在其中ruo2顆粒局部地存在于玻璃粉70中的一些區(qū)域。由于這些區(qū)域，ruo2顆粒的逾滲可變?nèi)?，并且因此，對比加熱元件的電導率降低。通過該結果，可看出，如在根據(jù)當前實施方式的加熱元件中那樣，如果使用納米材料(例如納米片或者納米棒)作為填料，則燒結溫度與對比加熱元件相比可降低，并且如果填料的含量相等，則加熱元件的電導率增加。接下來，將描述根據(jù)當前實施方式的加熱元件的電導率和所述加熱元件中包括的填料(納米材料)的電導率之間的關系。通過該關系，可選擇填料(換而言之，可用作加熱元件為了獲得所需要的熱而需要的填料的納米材料)的電導率的條件。詳細地，為了計算可用作根據(jù)當前實施方式的加熱元件的填料的納米材料(例如納米片)的所需要的性質(zhì)，計算根據(jù)當前實施方式的加熱元件需要的電導率。當供應以加熱根據(jù)當前實施方式的加熱元件的外部能量例如功率在約500w-約1,000w的范圍內(nèi)，片型加熱元件的面積在約0.01m2-1m2范圍內(nèi)，并且所述片型加熱元件的厚度在約10μm-約1,000μm范圍內(nèi)時，根據(jù)當前實施方式的加熱元所需要的電導率可在約50s/m-約500s/m范圍內(nèi)。用作根據(jù)當前實施方式的加熱元件中的填料的納米材料(例如納米片)所需要的電導率可通過以下方程1計算。[方程1]σc＝σf×vf×(af/am)×(sf/lf)在方程1中，σc表示加熱元件的電導率，且σf表示填料的電導率。vf表示所述填料的體積分數(shù)，af表示所述填料的分散面積，am表示基體(玻璃粉或有機聚合物)的面積，sf表示所述填料的燒結面積(或者燒結部分的長度)，且lf表示所述填料的總面積(或者所述填料的總長度)。af/am表示所述填料的分散程度。當所述填料分散在所述有機玻璃粉的整個面積上時，所述填料的分散程度為1。sf/lf表示所述填料的燒結程度。假設所述填料的分散程度和所述填料的燒結程度分別為1(100％)并且所述填料的體積分數(shù)為10體積％，則所述加熱元件的電導率和所述填料的電導率之間的關系可表示為圖7的圖。參照圖7的圖，當所述加熱元件的電導率為大約50s/m時，用作填料的納米材料所需要的電導率為大約1,250s/m。此外，當所述加熱元件所需要的電導率為大約500s/m時，用作所述填料的納米材料的電導率可為大約12,500s/m。可用作用于根據(jù)當前示例性實施方式的加熱元件的填料的材料可為例如氧化物、硼化物、碳化物、或者硫?qū)倩铩Ｔ谶@些材料之中，具有大于1,250s/m的電導率的材料列于下表1-3中。[表1]用于填料材料的氧化物組成σf(s/m)組成σf(s/m)ruo23.55×106nbo23.82×106mno21.95×106wo25.32×106reo21.00×107gao22.11×106vo23.07×106moo24.42×106oso26.70×106ino22.24×106tao24.85×106cro21.51×106iro23.85×106rho23.10×106[表2]用于填料材料的硼化物和碳化物[表3]用于填料材料的硫?qū)倩锝又?，將參照附圖描述包括根據(jù)實施方式的加熱元件的設備。由于根據(jù)當前實施方式的加熱元件可用作發(fā)熱的熱源，因此所述加熱元件可用于需要熱源的設備中并且可用作電子元件的發(fā)熱部分。例如，上述加熱元件可用于印刷機(打印機)，例如，印刷機用定影儀(fuser)。此外，上述加熱元件可應用于薄膜電阻器或者厚膜電阻器。圖8為根據(jù)一種實施方式的包括加熱元件作為熱源的設備80的橫截面圖。參照圖8，設備80包括主體82和包含于主體82中的第一加熱元件84。設備80可為電氣設備或者電子設備，例如，烘箱。設備80的主體82可包括用于容納例如食物的內(nèi)部空間92。當設備80運行時，可供應能量(例如，熱)以使內(nèi)部空間92中的材料變熱或者提高內(nèi)部空間92的溫度。第一加熱元件84可布置成使得從第一加熱元件84產(chǎn)生的熱朝著內(nèi)部空間92分布。第一加熱元件84可為參照圖1和2描述的加熱元件，和可為根據(jù)參照圖3的方法制造的加熱元件?？蛇M一步在主體82中提供面對第一加熱元件84的第二加熱元件86，并且第二加熱元件86像第一加熱元件84一樣也可布置成使得從第二加熱元件86產(chǎn)生的熱朝著內(nèi)部空間92分布。第二加熱元件86可為參照圖1和2描述的加熱元件，和可為根據(jù)參照圖3描述的方法制造的加熱元件。第一和第二加熱元件84和86可為彼此相同的加熱元件或者不同的加熱元件。此外，如通過虛線所表示的，可進一步在主體82中提供第三加熱元件88和第四加熱元件90，或者可提供第三和第四加熱元件88和90的僅一個。根據(jù)另一實施方式，可在主體82中提供僅第三和第四加熱元件88和90?？稍谥黧w82的外部邊界表面與第一到第四加熱元件84、86、88和90的每一個之間布置絕熱部件和熱反射部件之一。第一到第四加熱元件84、86、88、和90可為具有二維形狀的片型加熱元件。圖9為圖8的第一區(qū)域80a的放大的橫截面圖。參照圖9，在主體82中，在第三加熱元件88和外部區(qū)域之間順序地形成絕熱材料82d和殼82e。殼82e可為設備80的外殼。布置在殼82e和第三加熱元件88之間的絕熱材料82d可延伸至布置在主體82上的第一、第二、和第四加熱元件84、86、和90的區(qū)域。絕熱材料82d設置成防止從第三加熱元件88產(chǎn)生的熱被排出至設備80的外部?？捎脽岱瓷洳考鎿Q絕熱材料82d。在第三加熱元件88和內(nèi)部空間92之間形成第二絕緣層82c、基底82b、和第一絕緣層82a。從內(nèi)部空間92朝著設備80的外部順序地堆疊第一絕緣層82a、基底82b、第二絕緣層82c、和第三加熱元件88。該層配置可應用于其中布置第一、第二、和第四加熱元件84、86、和90的區(qū)域。第一和第二絕緣層82a和82c可包括彼此相同的絕緣材料或者不同的絕緣材料。第一和第二絕緣層82a和82c的至少一個可為釉層，但是當前實施方式不限于此。此外，第一和第二絕緣層82a和82c的厚度可彼此相同或者不同?；?2b可為這樣的支持部件：其保持設備80的主體82的結構，同時支持第一到第四加熱元件84、86、88、和90。基底82b可為例如金屬板，但是當前實施方式不限于此。如圖9中所示，除了圖8的設備80之外，還可將包括第三加熱元件88的堆疊結構應用于用于加熱材料(例如水)的其它設備(例如電鍋)。當將第三加熱元件88設置在底側上并且將吸收熱的材料設置在第三加熱元件88上時，可將絕熱材料82d設置在第三加熱元件88下面。圖10為根據(jù)另一實施方式的包括加熱元件的設備的橫截面圖。圖10的設備可為加熱設備。參照圖10的(a)，第一設備102設置在壁100的內(nèi)部。第一設備102可為朝著壁100的外部的(外面的)第一表面排出熱的發(fā)熱設備。如果壁100為限定室的壁之一，則第一設備102可為排出熱以提高所述室的溫度或者使所述室變熱的發(fā)熱設備。如圖10的(b)中所示，第一設備102可布置在壁100的表面上。雖然未示出，但是第一設備102可安裝成與壁100隔開。當?shù)谝辉O備102安裝成與壁100隔開時，第一設備102可自由地移動。因此，用戶可將第一設備102移動到用戶想要的區(qū)域中。第一設備102可包括用于在其中發(fā)熱的加熱元件(未示出)。所述加熱元件可為參照圖1和2描述的加熱元件，和可為根據(jù)參照圖3描述的方法制造的加熱元件。可將整個第一設備102埋入壁100中。然后，可將用于操作第一設備102的面板設置在壁100的表面上?？蛇M一步在壁100的內(nèi)部包括第二設備104。第二設備104可為配置成朝著壁100的外部的(外面的)第二表面排出熱的發(fā)熱設備。如果壁100為限定室的壁之一，則第二設備104可為排出熱以加熱與所述室相鄰并且其間具有壁100的另一室的設備。第二設備104，如圖10的(b)中所示，也可安裝在壁100的表面上。雖然未示出，但是第二設備104，像第一設備102一樣，也可自由地移動離開壁100。第二表面可為與第一表面相反或者面對第一表面的表面。第二設備104可包括發(fā)熱的加熱元件(未示出)。所述加熱元件可為用于提高第二表面外部的溫度的熱源。這里，所述加熱元件可為參照圖1和2描述的加熱元件和通過使用參照圖3描述的方法制造的加熱元件。第二設備104的大部分可埋入壁100的內(nèi)部。然而，可將用于操作第二設備104的面板設置在壁100的表面上。在圖10中，箭頭表示將從第一和第二設備102和104產(chǎn)生的熱排出的方向。第一和第二設備102和104分別可具有可附著的/可拆卸的結構。在此情況中，第一和第二設備102和104之一可安裝在窗的內(nèi)側上。例如，假設圖10的(b)的附圖標記100不是表示壁而是表示窗，第一設備102可為安裝在所述窗的內(nèi)側上的發(fā)熱設備。在此情況下，可不需要第二設備104，當將第一設備102安裝在所述窗上時，可將第一設備102安裝在所述窗的整個內(nèi)表面上，或者可安裝在所述窗的內(nèi)表面的僅一部分上。根據(jù)實施方式，上述加熱元件可應用于向用戶提供熱的裝置或設備。例如，所述加熱元件可應用于用戶可穿戴的熱袋(hotpack)或者衣服(例如夾克或者背心)、手套或者鞋。上述加熱元件可提供在衣物的內(nèi)側上或者內(nèi)部。此外，根據(jù)另一實施方式，根據(jù)當前實施方式的加熱元件可應用于可穿戴裝置。上述加熱元件還可應用于戶外裝備，即，可應用于在寒冷環(huán)境中發(fā)出熱的設備。根據(jù)當前實施方式的加熱元件可包括基體材料和納米材料型填料(例如納米片或納米棒或者納米片型或納米棒型)。因此，與相關領域的填料相比，根據(jù)當前實施方式的填料可容易地逾滲到基體材料中。此外，當使用根據(jù)當前實施方式的填料時，與相關領域的填料相比，可用少量所述填料覆蓋基體材料的表面。因此，當使用相關領域的加熱元件中使用的相同量的填料時，電導率可提高到比相關領域的加熱元件中高。此外，在納米材料形狀的填料的情況中，由于所述納米材料具有表面接觸，因而可燒結性提高，并且因此可降低燒結溫度。因此，根據(jù)當前實施方式的加熱元件的制造方法可在比相關領域的加熱元件的制造方法低的溫度下進行。本領域普通技術人員將理解，本發(fā)明構思不限于上述技術內(nèi)容，而是應被解釋為示例性實施方式。因此，本發(fā)明構思的技術范圍可不是通過本發(fā)明構思的詳細描述限定，而是通過所附權利要求的技術范圍限定。當前第1頁12