一种复合式发波元件、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及电子烟技术领域，具体地涉及一种电子烟复合式发波元件、其制备方法及用途。
背景技术
随着人们健康意识的不断提升和全球主要烟草消费国控烟措施的日趋严格，传统烟草市场呈现持续低迷状态，然而与传统卷烟市场衰退呈鲜明对比的是电子烟的市场规模逐年提升。
烟油雾化是微流体雾化的一种，除电阻加热雾化外，常见的微流体雾化方式还包括超声波雾化、气流辅助式雾化、旋转离心雾化、起振-随振雾化、电磁感应雾化和光子集热雾化等。在众多的雾化技术中，红外光波雾化基于烟油对光波的选择性吸收特性，利用发波元件产生的红外光波能量实现烟油的辐射加热雾化，红外光波雾化具有非接触加热和热均匀性好等优点。现有技术的发波元件常用的为黑陶管和石英管等，其产生红外光波的波长范围为2.5-25μm，与烟油共振吸收波长范围1-3.5μm的匹配性较差，导致红外光波的能量无法精准利用，存在烟油雾化速率慢的问题，影响抽吸品质。
为解决上述问题提出了本发明。
发明内容
鉴于现有技术的发波元件存在的技术缺陷，本发明提供了一种复合式发波元件及其制备方法，本发明的发波元件将电热材料层与碳材料层进行复合得到，其产生的红外光波波长范围与烟油共振吸收波长范围匹配性好，具有红外光波能量利用精准、油雾化速率快的优点，且本发明的发波元件的制备方法简单实用。
本发明的技术方案如下：
本发明第一方面公开了一种复合式发波元件，包括起加热作用的电热材料层1和复合在一起能够产生红外光波的碳材料层2。
优选地，所述电热材料层1覆裹在所述碳材料层2外围，或所述碳材料层2覆裹在所述电热材料层1外围；所述复合式发波元件可以根据需要设置成所需要的形状，如圆筒状、正多边形的筒状，甚至长方体状等。
优选地，所述电热材料层1为合金发热片、陶瓷发热片、硅导发热片或云母发热片中的一种或多种形成的层；其上设置有引线端子3用于连接电源。
优选地，所述碳材料层2为石墨、石墨烯、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种形成的层。
优选地，所述碳材料层2的厚度为10nm-100μm。
本发明第二方面公开了所述的根据权利要求1所述的复合式发波元件的制备方法，包括以下步骤：
①将碳材料粉末加入含有增稠剂的混合溶剂中，搅拌形成均匀分散的浆料；根据情况，碳材料粉末可以占总浆料质量的5％到50％；
②将电热材料层1浸入步骤①的浆料中取出晾干，在电热材料层1内表面或外表面形成碳材料层2；如果在电热材料层的外表面形成碳材料层，其内表面进行隔离防护后再浸入浆料；如果在电热材料层的内表面形成碳材料层，其外表面进行隔离防护后再浸入浆料；当然也可以电热材料层1内外表面都形成碳材料层2；一般浸入浆料后，待浆料均匀粘附后，提拉电热材料层2使其离开浆料，在室温下静置晾干固化；
③将步骤②得到复合层升温至400℃-800℃，保温后降到室温，即得到所述的复合式发波元件。
优选地，步骤①中的混合溶剂为水、乙醇和丙三醇的混合物；所述增稠剂为聚氧化乙烯，其占总浆料质量的1％以内。
优选地，步骤②形成的碳材料层的厚度为10nm-100μm；为了形成需要的厚度可以重复浸入多次。
优选地，步骤③的升温速率为0.5℃/min-5℃/min，保温时间为10min-120min。
本发明第三方面公开了所述的复合式发波元件用于电子烟雾化烟油的用途。
本发明的有益效果：
1、本发明的复合式发波元件通过在电热材料层表面复合碳材料层而得，电热材料层通电后加热碳材料层，碳材料层中的碳分子形成布朗运动，由于振动能级跃迁可有效将大部分热能转化为红外光波能量，且其在1-3.5μm红外波长范围内的光谱辐射率高达95％以上。用于电子烟的烟油雾化，与以多羟基醇类为主要成分的烟油的共振吸收谱匹配，烟油由于分子共振作用会强烈吸收红外光波能量，促使其内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”进而使烟油温度迅速上升，因此本发明的复合式发波元件能量密度大、能量利用精准，且加热速率快，优于现有技术的常用发波元件如黑陶管和石英管等。
2、本发明的复合式发波元件产生的红外光波能量呈宽幅均质形式辐射，红外光波具有较强的穿透力。用于电子烟的烟油雾化，烟油可在不同深度同时进行加热，因此本发明的复合式发波元件热均匀性好，在单位时间内能够产生足够大的烟雾量，烟油雾化烟油速率快。
3、本发明的复合式发波元件自带灭菌功能，用于电子烟的烟油雾化，其利用红外光波的热效应和生物效应双重杀菌作用，可在保证烟油有效成分无破坏、无流失的情况下，将烟油中因唾液残留和/或潮湿环境而滋生的细菌杀死，进而可延缓烟油变质过程，提升了烟油品质的稳定性。
4.本发明的复合式发波元件的制备方法简单，成品率高、一致性好，适于大规模工业化生产。
附图说明
图1为电热材料层覆裹在碳材料层外围的复合式发波元件的结构示意图。
图2为碳材料层覆裹在电热材料层外围的复合式发波元件的结构示意图。
图3为基于电热材料层覆裹在碳材料层的复合式发波元件的电子烟雾化器的剖视图。
图4为碳材料层覆裹在电热材料层的复合式发波元件的电子烟雾化器的剖视图。
附图标记：1.电热材料层，2.碳材料层，3.引线端子，4.透波层，5.导油介质，6.储油腔，7.保温隔热外壳，8.支撑件，9.吸嘴座，10.出气通道，11.下底座，12.进气通道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例的复合式发波元件为电热材料层覆裹在碳材料层外围，如图1所示，用于电子烟雾化器如图3所示。
如图1所示，所述复合式发波元件包括起加热作用的电热材料层1、能够产生红外光波的碳材料层2以及与电源连接的引线端子3，其中所述碳材料层2紧密贴合于所述电热材料层1的内周面上，所述电热材料层1由合金发热片、陶瓷发热片、硅导发热片或云母发热片中的一种卷曲成筒状制成，本实施例选择陶瓷发热片；所述碳材料层2的厚度优选10nm-100μm，其中用到的碳材料粉末为石墨、石墨烯、碳纤维或碳纳米管中的一种或多种，本实施例碳材料层选择石墨，其厚度为10μm。所述电热材料层1和所述碳材料层2的热膨胀系数相近，且两者之间存在范德瓦尔斯结合力。
本实施例的复合式发波元件的制备方法，具体包括如下步骤：
①将石墨粉末，用水、乙醇和丙三醇的混合液调配成均匀分散的浆料，且碳材料占总浆料质量的30％；加入占总浆料质量0.5％的聚氧化乙烯作为增稠剂；
②将电热材料层陶瓷发热片的外周面做好隔离防护后，浸入步骤①的浆料中，待浆料均匀粘附后，提拉电热材料层使其离开浆料，在室温下静置使浆料固化在电热材料层表面，并使多余浆料在重力作用下滴落离开电热材料层，待浆料完全凝固后，重复上述浸入提拉过程多次，直至获得10μm的碳材料层；
③将步骤②得到的均匀粘附有碳材料层的电热材料层，在标准大气压下进行退火，升温速率为1℃/min至500℃；保温时间为60min。
图3为基于本实施例的复合式发波元件的电子烟雾化器的剖视图，其中复合式发波元件为圆筒状，电子烟雾化器也为圆筒状，从外向内依次为保温隔热外壳7、电热材料层1和碳材料层2(复合式发波元件)、透波层4、导油介质5、储油腔6，圆筒状体上端为吸嘴座9、其内有出气通道10；圆筒状体下端为底座11和进气通道12，进气通道12位置在导油介质5下部。所述透波层4优选红外光波透射能力强的聚四氟乙烯管或玻璃管；所述储油腔6中的烟油通过毛细作用浸润所述导油介质5；所述出气通道10与所述进气通道12连通。
引线端子3通过所述下底座11与外部电源建立电连接后，电热材料层1加热所述碳材料层2产生红外光波，红外光波透射过所述透波层4进而使所述导油介质5中的烟油雾化，雾化的烟雾伴随所述进气通道12中进入的外部空气，流经所述吸嘴座9中的出气通道10并传输给用户供抽吸者抽吸。
实施例2
本实施例的复合式发波元件为碳材料层覆裹在电热材料层外围，如图2所示，用于电子烟雾化器如图4所示。
本实施例在复合式发波元件制备过程中，将电热材料层陶瓷发热片的内周面即筒内部用圆柱状的支撑件8做隔离，然后浸入浆料中，得到复合式发波元件。其他与实施例1相同。
本实施例的复合式发波元件用于电子烟雾化器如图4所示，其中复合式发波元件也为圆筒状与实施例1相同，不同之处为从外向内依次为保温隔热外壳7、储油腔6、导油介质5、透波层4、碳材料层2和电热材料层1(复合式发波元件)和支撑件8；圆筒状体上端为吸嘴座9、其内有出气通道10；圆筒状体下端为底座11和进气通道12，进气通道12位置在导油介质5下部，本实施例的进气通道与实施例1的进气通道12的位置不完全相同。所述透波层4也优选红外光波透射能力强的聚四氟乙烯管或玻璃管；所述储油腔6中的烟油通过毛细作用浸润所述导油介质5；所述出气通道10与所述进气通道12连通。
与实施例1相同，引线端子3通过所述下底座11与外部电源建立电连接后，电热材料层1加热所述碳材料层2产生红外光波，红外光波透射过所述透波层4进而使导油介质5中的烟油雾化，雾化的烟雾伴随所述进气通道12中进入的外部空气，流经所述吸嘴座9中的出气通道10并传输给用户供抽吸者抽吸。
以上所述仅为本发明的优先实施例，并非用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，凡根据本发明揭露的技术方案或技术特征所作的任何修改、等同替换和改进等，皆应属于本发明的保护范围。
