[发明专利]一种低成本可拉伸穿戴式电转中红外发射器及其制备方法

说明书

本发明提供一种低成本可拉伸穿戴式电转中红外发射器及其制备方法，所述发射器包括面向穿戴者依次层叠设置的顶面覆盖层、第一绝缘层、电转中红外发射膜层、第二绝缘层及底面覆盖层，且每层都可拉伸和透气；所述顶和底面覆盖层的中红外发射率分别是≥90%和≤10%，顶面层的亲水接触角小于90°，电转中红外发射膜层以低成本煤基纳米碳聚合物复合材料制备。SEME的创新性源于这些可量化属性的不寻常结合，使SEME具穿戴舒适性和电转中红外单向穿戴者发射的低能耗与高功效性，使电转中红外发射器在个人热量管理和中红外理疗的市场发展中具有开创性意义。

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式产品，尤其涉及一种低成本可拉伸穿戴式电转中红外发射器(SEME)及其制备方法。

背景技术

近年来，可穿戴电转红外发射器已经被生产并在市场上销售。然而，这些产品在辐射光谱波长和强度方面缺乏科学和定量的规范。因此本发明首先阐明此领域中相关科学原理和工程技术的背景。

红外光波是指能量量子小于红光能量的电磁波辐射。红外光波很重要，因为红外光波中的能量量子与分子的振动能级相匹配，这导致了分子红外光谱学的发展，用于在化学工程，医学，食品工程和环境工程的各个领域中识别和跟踪分子。此外，红外辐射是所有温暖物体发出的光谱辐射的主要成分，特别是所有生物物体发出的主要光谱辐射。因此，红外光波与人类息息相关。

在宏观上物体的温暖状态和冷热变化都以温度来量化，而微观上物体的温暖状态和变化则其实应循量子物理学的电磁波量子发射特性来量化，普朗克定律用以下简单方程式——(1)设置了电磁波量子辐射强度(I)、辐射波长(λ)、和温度(T)——的函数关系的定量描述[1]：

理想的辐射发射器(称为黑体)根据上述电磁波光谱分布发射，在整个辐射光谱中没有任何自吸收，其发射率也被设置为发射率100％的参考标准。如今，黑体已经过专业生产和校准，并广泛用作发射率标准。例如，图1所示为温度为310K(37℃、人体温度)时黑体的电磁波发射光谱，而实际上人体的电磁波发射光谱也很贴近标准黑体的电磁波发射光谱。它的特征在于：在3μm 波长以下的电磁波辐射的总光谱强度仅为其整个光谱的0.02％，50μm以上的总光谱强度仅为2％，则总辐射的98％位于3-50μm的波长范围内。因为人体不能长期暴露在高于320K和低于290K的温度下，因此图1中还包括了这两个温度下的黑体光谱。比较320K，310K和290K的黑体光谱可见健康人体的电磁波辐射光谱特征在于：(1)有效光谱主要在3μm-50μm的电磁波辐射光谱区域；(2)“极热”与“极冷”的人体的电磁波辐射光谱峰形状相近，峰位只从 9.0μm微移到10.0μm，但辐射强度差异很大。分析图1也可判断“极热”状态下，人体较多发射3μm-50μm的电磁波量子以降减多余能量，而在“极冷”状态下，人体减少发射3μm-50μm的电磁波量子以降低能量辐射消耗，并通过吸收周边温暖物体发射出的3μm-50μm的电磁波量子来保持310K的“健康”微观电磁波辐射光谱状态。理所当然，周边帮助人体“恢复健康状态”的物体的电磁波辐射光谱形状最好与图1的电磁波辐射光谱形状匹配，才有利于人体按自身人体光谱特征来捕捉和吸收外界周边物体的电磁波量子辐射。本发明按此量子物理原理纠正可穿戴电热和热疗行业里的科学讹误和阐述低成本可拉伸穿戴式电转中红外发射器(SEME)的兼顾美学和功能设计、制备方法、基准测试/验证和应用。