一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件的制作方法

本发明涉及烟具加热件的，尤其涉及一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件。

背景技术：

1、近年来，各种加热方式被用于各类加热烟具中。烟具使用加热卷烟(hnb)作为烟弹，其口味接近传统烟草，并且由于加热温度不超过300℃，有害物质的释放和传统卷烟燃烧过程相比可降低90％，因此hnb卷烟更易被烟民接受和转换。大部分加热烟具基于热传导的加热方式存在升温速率低、加热不均匀(卷烟内部存在很大的温度梯度)等问题，从而极大的影响卷烟的抽吸体验。与热传导的加热方式相比，采用红外加热方式可以在提高加热速率的同时使卷烟均匀升温，从而使吸烟者在抽吸过程中均匀的释放气溶胶，改善抽吸体验。目前的红外加热研究采用的红外加热技术主要依靠高辐射率的陶瓷、石墨以及电热膜等来实现辐射加热。例如，专利cn202010499974.4中，采用涂覆有电热膜的绝缘体管来实现红外加热。

2、然而，在目前市售的红外加热烟具中，所采用的红外发射材料虽然在红外波段有较高的辐射率，但是这些红外材料的光谱辐射率大都表现为宽波段的高辐射率，有些波段的红外辐射并不能被卷烟有效吸收，从而一定程度上造成红外辐射的浪费。因此，为了实现对卷烟的高效红外加热，需要提供一种红外光谱辐射率和卷烟的红外吸收特性相匹配的红外加热元件，这样才能更加高效的提升红外辐射能效。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，解决现有红外加热烟具中的红外加热元件存在红外辐射不能充分利用，易造成能源浪费的问题，能提高红外光谱辐射率和卷烟的红外吸收特性相匹配水平，增强红外加热烟具的红外辐射能效。

2、为实现以下目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，包括：基板、电介质层和红外选择性超表面层；

4、所述基板的表面设有所述电介质层，所述电介质层上方设有所述红外选择性超表面层；

5、所述红外选择性超表面层设有具有光谱选择性红外辐射超表面，在所述具有光谱选择性红外辐射超表面上具有微米～纳米尺度的周期或非周期型结构；

6、根据卷烟的吸收光谱构建所述具有光谱选择性红外辐射超表面的基本微纳结构单元的布局及结构，进而通过仿真得到所述具有光谱选择性红外辐射超表面并进行制备，以使基于制备红外辐射超表面的加热元件的红外辐射光谱与卷烟的吸收波段相匹配。

7、优选的，所述基板为金属材质或非金属材质。

8、优选的，所述基板的材质包括：铝、铝合金、不锈钢、铁、钛、钛合金、普通玻璃、石英和氧化铝。

9、优选的，所述基板的形状为平面或闭合曲面。

10、优选的，所述周期或非周期型结构为微米～纳米尺度的凸起、凹陷或沟槽。

11、优选的，所述基本微纳结构单元的高度范围为20nm～5000nm，长度范围为20nm～10000nm，相邻所述基本微纳结构单元之间的中心距离为20nm～10000nm。

12、优选的，所述基本微纳结构单元为介电常数实部在光频波段为负值的金属、导电金属氧化物材料或非氧化物材料中的一种和几种复合而成。

13、优选的，组成所述基本微纳结构单元的所述金属材料包括：金、银、铝和钛；

14、所述导电金属氧化物材料包括：氧化铟锡、铝掺杂氧化锌、锑掺杂氧化锡和非化学计量比的氧化物；

15、所述非氧化物材料包括：碳、氮化钛和碳化钛。

16、优选的，所述具有光谱选择性红外辐射超表面上设有一层氧化物保护层，厚度为10-200nm。

17、优选的，所述电介质层为所述基板本身的氧化层，或者是沉积在所述基板表面的绝缘金属或非金属氧化物层；

18、所述绝缘金属或非金属氧化物层包括：sio2、al2o3、mgo、tio2、zro2、hfo2或y2o3。

19、本发明提供一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，在加热元件的基板上通过电介质层和红外选择性超表面层，所述红外选择性超表面层具有光谱选择性红外辐射超表面，并采用微纳尺度结构的超表面来调控红外发射特性，使之匹配被加热卷烟的红外吸收特性，从而最大限度的将电能产生的焦耳热转换成红外辐射来使卷烟升温，能极大降低了无效红外辐射的比例，使得烟具具有更高的能效。解决现有红外加热烟具中的红外加热元件存在红外辐射不能充分利用，易造成能源浪费的问题，能提高红外光谱辐射率和卷烟的红外吸收特性相匹配水平，提升红外加热烟具的红外辐射能效。

技术特征：

1.一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，包括：基板、电介质层和红外选择性超表面层；

2.根据权利要求1所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述基板为金属材质或非金属材质。

3.根据权利要求2所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述基板的材质包括：铝、铝合金、不锈钢、铁、钛、钛合金、普通玻璃、石英和氧化铝。

4.根据权利要求3所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述基板的形状为平面或闭合曲面。

5.根据权利要求4所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述周期或非周期型结构为微米～纳米尺度的凸起、凹陷或沟槽。

6.根据权利要求5所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述基本微纳结构单元的高度范围为20nm～5000nm，长度范围为20nm～10000nm，相邻所述基本微纳结构单元之间的中心距离为20nm～10000nm。

7.根据权利要求6所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述基本微纳结构单元为介电常数实部在光频波段为负值的金属材料、导电金属氧化物材料或非氧化物材料中的一种和几种复合而成。

8.根据权利要求7所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，组成所述基本微纳结构单元的所述金属材料包括：金、银、铝和钛；

9.根据权利要求8所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述具有光谱选择性红外辐射超表面上设有一层氧化物保护层，厚度为10～200nm。

10.根据权利要求1至9任一项所述的用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，其特征在于，所述电介质层为所述基板本身的氧化层，或者是沉积在所述基板表面的绝缘金属或非金属氧化物层；

技术总结本发明提供一种用于卷烟加热烟具的红外超表面元件，包括：基板、电介质层和红外选择性超表面层。所述基板的表面设有所述电介质层，所述电介质层上方设有所述红外选择性超表面层。所述红外选择性超表面层设有具有光谱选择性红外辐射超表面，在所述具有光谱选择性红外辐射超表面上具有微米～纳米尺度的周期或非周期型结构。根据卷烟的吸收光谱构建具有光谱选择性红外辐射超表面的基本微纳结构单元的布局及结构，进而通过仿真得到所述具有光谱选择性红外辐射超表面并进行制备，以使基于制备红外辐射超表面的加热元件的红外辐射光谱与卷烟的吸收波段相匹配。本发明能增强红外加热烟具的红外辐射能效。技术研发人员：肖卫强,徐建,王骏,胡安福,汪华文,卢昕博,夏倩,赵亮受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/4/8