一種低電壓透明電熱膜、高溫電熱片的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低電壓透明電熱膜，包括透明基材、透明導電層、電極；透明導電層形成于透明基材的至少一側；電極由匯流條和若干內電極構成，內電極由匯流條相向延伸形成叉指電極；電極位于透明導電層上且與透明導電層電接觸。以及公開了一種高溫電熱片，包括基材、加熱層、電極；所述電極結構為叉指結構或者為兩條平行條狀結構。本實用新型通過匯流條和內電極的設置、減小兩電極間的間距使得兩電極間的透明導電層的電阻減小，從而可以使用低電壓供電，正常可以采用日用的鋰電池電壓，即可達到迅速加熱至90?180℃。可以在石墨烯兩面設置兩套電極，這兩套電極的內電極錯開一定距離，這樣可進一步保證加熱的均勻性，在同樣的低電壓下提高加熱的溫度。
【專利說明】
一種低電壓透明電熱膜、高溫電熱片
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種透明電熱膜，尤其是一種低電壓透明電熱膜;同時，本實用新型還涉及一種高溫電熱片;透明電熱膜和高溫電熱片均同屬于電熱膜領域。
【背景技術】
[0002]透明加熱膜通常采用在膜材表面鍍透明導電涂層，然后在導電涂層表面制作導電電極，電極通常為兩平行的金屬條，兩金屬條分別接電源正極和負極，電流流經透明導電涂層產生熱量，如圖1所示(參見公開號為CN103828482A的專利)。目前常用的透明導電層石墨烯、碳納米管、IT0、FT0、AZ0等在膜厚較薄時方塊電阻較大，這使得必須使用較高的供電電壓才能滿足加熱要求，不利于電熱膜的安全和便攜性使用要求;而且，厚度增加雖可以降低使用電壓，但增加了材料成本，同時降低了生產效率和透光率。
[0003]公開號為CN102883486A、名稱為“一種基于石墨烯的透明電加熱薄膜及其制備方法”的專利中，透明電加熱薄膜包括透明柔性襯底，透明柔性襯底上設置石墨烯膜，石墨烯膜上設有導電連接網膜，導電連接網膜上設有電極，電極與導電連接網膜及石墨烯膜電連接；電極上設置防護層，防護層覆蓋在電極上，并覆蓋在石墨烯膜及導電連接網膜上。該專利提出采用石墨烯和導電連接網膜作為電熱膜的透明加熱材料，該方法可以通過導電連接網膜降低整體透明導電材料的方阻，但存在如下缺點:
[0004]I)導電連接網膜的方阻通常遠小于石墨烯方阻，而二者是并連關系，這樣起加熱作用的主要是導電連接網膜而不是石墨烯。
[0005]2)導電連接網膜的線徑<5μπι，采用常規的金屬材料通電時極易被燒毀使電熱膜失效。
[0006]現有技術中也曾提出一種石墨烯柔性透明加熱元件及其制備方法，為增強加熱的均勻性使用圖案化透明電極，透明電極中部接電極。但圖案化電極也使用透明導電材料，因透明導電材料導電性較差，引入圖案化電極后也很難獲得降低使用電壓的效果，因此必須使用多層(5-6層)石墨烯降低電阻以降低使用電壓。此外，如果使用兩平行電極而不是圖案化電極，則獲得的加熱均勻性較差，溫度最高點和最低點差別60Κ以上，難以實現實用化的要求。
【實用新型內容】
[0007]為了解決現有技術中存在的問題，本實用新型提供了一種低電壓透明電熱膜，該透明電熱膜可以在低電壓(< 12V)下工作，達到預期的溫度。
[0008]進一步地，該透明電熱膜加熱均勻性良好。
[0009]更進一步地，該透明電熱膜使用較薄的透明導電層加熱，使用石墨烯作為透明導電層時可使用單層石墨烯，同時該電熱膜使用很低的電壓(如< 1.5V)即可獲得與傳統透明電熱膜相同的加熱效果，且起發熱作用的是透明導電層。
[0010]為了解決前述技術問題，達到上述技術效果，本實用新型提供了如下的技術方案:
[0011]—種低電壓透明電熱膜，包括透明基材、透明導電層、電極;透明導電層形成于透明基材的至少一側；電極由匯流條和若干內電極構成，內電極由匯流條相向延伸形成叉指電極；電極位于透明導電層上且與透明導電層電接觸。
[0012]優選地，電極由粗的匯流條和若干細的內電極構成，匯流條接電源的正極或負極，使得兩相鄰的內電極極性相反，通電時正極匯流條提供的電流由各正極內電極流入對應負極內電極最終全部匯入負極匯流條。
[0013]優選地，匯流條一端接電源的正極或負極。
[0014]進一步優選地，可以在透明導電層兩面分別設置正、負兩套電極，這兩套電極的內電極錯開一定距離，即正、負叉指電極分別置于透明導電層兩側，形成被透明導電層隔開的叉指電極，保證電流均勻通過透明導電層，這樣可進一步保證加熱的均勻性。
[0015]優選地，透明導電層的材料包含但不限于石墨烯、碳納米管、IT0、FT0、AZ0等。
[0016]優選地，電極可由透明導電材料制成，其中，優選的透明電極材料為石墨烯。
[0017]優選地，電極位于石墨烯層上且與石墨烯層一體形成。
[0018]優選地，電極材料包含但不限于銀、銀漿、銅、銅漿、鋁、ITO等導電性能良好的材料。電極材料以銅箔最佳。
[0019]優選地，電極可形成于透明基材與透明導電層之間。
[0020]優選地，透明基材可為玻璃或聚合物，透明基材包含但不限于PET、PVC、PE、PC等薄膜。更優選地，聚合物可為:PET，PMMA，PVDF，PANI，或者其組合物。
[0021]優選地，所述透明導電層為單層或多層石墨烯。最佳為單層石墨烯。
[0022]本實用新型的特殊結構的電極應用于單層石墨烯上，可使得該透明電熱膜在低電壓(< 12V)下工作，用于多層石墨烯上可使用更低電壓。
[0023]優選地，石墨烯層可使用摻雜劑;更優選地，摻雜劑可為無機/有機摻雜劑。
[0024]優選地，可在電極和石墨烯層上覆蓋保護層;更優選地，保護層可采用柔性透明材料。
[0025]優選地，透明覆蓋層的材料包含但不限于PET、PVC、PE、PC等薄膜。
[0026]優選地，可將本實用新型的電極串聯或并聯。
[0027]優選地，可將本實用新型的透明電熱膜串聯或并聯。
[0028]進一步的，所述內電極為直線形、波浪形或鋸齒形，所述匯流條根據電熱膜的形狀和應用需求，可呈直線形、曲線形，匯流條和內電極組成的圖案形狀根據電熱膜的形狀和應用需求，也可圍成方形、圓形、橢圓形或任意形狀。
[0029]更優選的，所述匯流條位于透明導電層的邊緣，且與透明導電層接觸良好，所述內電極由一匯流條向另一匯流條延伸，相鄰內電極來自不同匯流條，相向延伸。
[0030]進一步地，本實用新型的實用新型人發現，為在低電壓下獲得良好的溫度均勻性，針對本實用新型特殊結構的電極，最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩內電極間距和透明導電層的方塊電阻符合如下公式:
[0031]T = kU2/d2R+t(I)
[0032]其中:兩內電極間距按照透明導電層一面上的內電極間距計算，
[0033]t 起始溫度，單位為。C;
[0034]T一一電熱膜升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ;
[0035]U——供電電壓，單位為V，U< 12V;
[0036]d一一內電極間距，單位為cm;
[0037]R——透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口；
[0038]k——常數，取值范圍為10_200，k取值范圍根據電熱膜與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱膜與空氣之間的傳導系數成反比。
[0039]采用本實用新型特殊結構的電極、通過減小兩內電極間的間距使得兩電極間的透明導電層的電阻減小，是一種優選途徑，使得使用低電壓供電成為可能。正常可以采用日用的鋰電池電壓，即可達到迅速加熱升溫。
[0040]優選地，電熱膜的匯流條與內電極可以為同種材料，也可為不同材料，其長度根據電熱膜的尺寸設計。為保證溫度均勻性，匯流條的寬度和厚度需考慮所用材料的電流承載能力和電阻率，電阻率要足夠小，以減小匯流條上的電壓降，保證內電極設置在匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差不超過10%，而且電流承載能力決定了匯流條截面積必須大于某一數值才能保證匯流條不被燒毀。本實用新型的實用新型人發現存在如下公式(2):[0041 ] n(n+l)lpi/WHR<l/5(2)
[0042]其中:
[0043]η一一內電極使匯流條圍成的面積內共產生了 η個間隔；
[0044]p1--匯流條材料電阻率，單位為Ω.m;
[0045]I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m;
[0046]W一一匯流條寬度，單位為m;
[0047]H--匯流條厚度，單位為m;
[0048]R——透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口。
[0049]優選地，內電極保證電流承載能力和考慮同一內電極上最大電壓差不超過10%。本實用新型的實用新型人發現存在如下公式(3):
[0050]n I2P2MLR <1/5(3)
[0051 ]其中:
[0052]η一一內電極使匯流條圍成的面積內共產生了 η個間隔；
[0053]1--內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m;
[0054]P2--內電極材料電阻率，單位為Ω.m;
[0055]w--內電極寬度，單位為m;
[0056]h--內電極厚度，單位為m;
[0057]L——每根匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止共產生的長度，單位m；
[0058]R——透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口。
[0059]本實用新型通過采用特殊結構的電極、減小兩內電極間的間距使得兩電極間的透明導電層的電阻減小，從而可以使用低電壓供電，正常可以采用日用的鋰電池電壓，即可達到迅速加熱至90_180°C。可以將正、負兩套電極分別設置于石墨烯兩面，形成被石墨烯隔開的叉指電極，這樣可進一步保證加熱的均勻性，在同樣的低電壓下提高加熱的溫度。
[0060]對于生長于金屬箔襯底上的透明導電材料，可采用表面生長好透明導電薄膜的金屬箔襯底制作圖案化電極，這樣可以簡化制備過程，節省時間和材料成本，同時金屬箔的導電性良好，有利于電熱膜溫度均勻性的控制，具體過程如下:
[0061]1、制備生長于金屬箔襯底上的透明導電材料；
[0062]2、將透明基材與金屬箔生長有透明導電材料的一面粘合在一起；
[0063]3、在金屬箔面上通過光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜圖案按要求設計；
[0064]4、將制作好掩膜的透明基材/透明導電層/金屬箔置于刻蝕液中，刻蝕掉未被掩膜保護的金屬；
[0065]5、去掉金屬電極表面的掩膜，形成圖案化電極。
[0066]進一步優選地，可在透明導電層及圖案化電極上覆蓋透明保護層，具體步驟如下:
[0067]6、將帶膠的透明保護層開孔，以便在其與下層電極和透明導電層貼合時露出要引線的電極；
[0068]7、將透明保護層的孔與電極對好位后貼合；
[0069]8、在小孔露出的電極處制作引線。
[0070]優選地，透明導電材料可為石墨烯。
[0071]優選地，使用透明膠將透明基材與金屬箔生長有透明導電材料的一面進行粘合。更優選地，所述透明膠包含但不限于各種UV光固化樹脂、熱熔膠、硅膠等。
[0072]優選地，所述金屬箔可選自但不限于銅箔、鎳箔、銅鎳合金箔等。
[0073]優選地，所述刻蝕液根據金屬箔選擇，刻蝕液中可加入改善透明導電材料導電性的物質。
[0074]優選地，所述去掉金屬電極表面掩膜的方法可以根據掩膜材料選擇手剝或溶液去除的方法。
[0075]優選地，本實用新型所述的一種低電壓透明電熱膜的制備方法也可采用如下步驟:
[0076]1、將透明基材與透明導電層粘合在一起；
[0077]2、在透明導電層上制作電極，可采用直接印刷導電漿料或蒸鍍導電材料的方法進行，電極圖案根據加熱需求設計。
[0078]進一步優選地，可在透明導電層及電極上覆蓋保護層，具體步驟如下:
[0079]3、將帶膠的透明保護層開孔，以便在其與下層電極和透明導電層貼合時露出要引線的電極；
[0080]4、將透明保護層的孔與電極對好位后貼合；
[0081 ] 5、在小孔露出的電極處制作引線。
[0082]本實用新型有益效果:
[0083](I)由于匯流條和內電極的引入很好地減小了透明導電層的電極間距，與現有透明電熱膜的電極設計方案相比，可以使用更低的電壓供電，這樣就可以使用鋰電池等便攜式電源供電。
[0084](2)粗匯流條細內電極的電極設計可以在加熱電壓相同的條件下，使用導電性較差的透明導電材料，通過改變內電極間距獲得與導電性好的材料相同的加熱效果。
[0085](3)在電源電壓和透明導電材料固定的條件下，可以通過控制匯流條面積和內電極間距實現不同的加熱功率，從而滿足不同的加熱溫度需求。
[0086](4)圖案化金屬箔制作電極的過程簡化了電極制作，提高了電極的導電能力，節省了制作時間，降低了制作所需的材料成本。
[0087]本實用新型的又一重要目的是，提供一種高溫電熱片，該高溫電熱片使用石墨烯或碳納米管膜等碳納米材料作為加熱元件，可實現更加均勻高效加熱，并且，可接直流電也可接交流電。
[0088]現有技術中，于高溫加熱片領域內，與本申請最為接近的技術是通常采用合金絲或合金箔作為發熱元件進行加熱，這兩種加熱方式存在兩個缺點:
[0089]加熱均勻性不好。合金絲或合金箔加熱為局部加熱，通過導熱板使溫度分布均勻，溫度均勻性較差。
[0090]發熱效率不高。金屬的發射率較小，交流供電時螺旋金屬絲及金屬箔通電時一部分電能還轉化成了電磁波。
[0091]為了解決前述技術問題，達到上述技術效果，本實用新型提供了如下的技術方案:
[0092]—種高溫電熱片，包括基材、加熱層、電極;加熱層形成于基材的至少一側;所述電極結構為叉指結構或者為兩條平行條狀結構;優選的，將本實用新型的電極串聯或并聯。
[0093]作為優選方案，所述叉指電極結構如下:
[0094]由粗的匯流條和若干細的內電極構成，匯流條接電源的正極或負極，使得兩相鄰的內電極極性相反，通電時正極匯流條提供的電流由各正極內電極流入對應負極內電極最終全部匯入負極匯流條;優選地，匯流條一端接電源的正極或負極;進一步優選地，可以在加熱層兩面分別設置正、負兩套電極，這兩套電極的內電極錯開一定距離，即正、負叉指電極分別置于加熱層兩側，形成被加熱層隔開的叉指電極，保證電流均勻通過加熱層，這樣可進一步保證加熱的均勻性。
[0095]上述的高溫電熱片，最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩內電極間距和加熱層的方塊電阻符合如下公式:
[0096]T = kU2/d2R+t(4)
[0097]其中:
[0098]t 起始溫度，單位為。C;
[0099]T一一電熱片升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ;
[0100]U——供電電壓，單位為V;
[0101]d一一內電極間距，單位為cm;
[0102]R——加熱層方塊電阻，單位為Ω/口；
[0103]k——常數，取值范圍為10_200，k取值范圍根據電熱片與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱片與空氣之間的傳導系數成反比。
[0104]上述的高溫電熱片，匯流條的設置應保證內電極設置在匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差不超過10%，滿足如下公式(2):
[0105]n(n+l)lpi/WHR<l/5(5)
[0106]其中:
[0107]η一一內電極使匯流條圍成的面積內共產生了 η個間隔；
[0?08] p1--匯流條材料電阻率，單位為Ω.m;
[0109]I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m;
[0110]W一一匯流條寬度，單位為m;
[0111]H--匯流條厚度，單位為m;
[0112]R——加熱層方塊電阻，單位為Ω/口。
[0113]上述高溫電熱片，同一內電極上最大電壓差不超過10%，需滿足如下公式(3):
[0114]n I2P2MLR <1/5(6)
[0115]其中:
[0116]η一一內電極產生了 η個間隔；
[0117]I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m;
[0118]P2--內電極材料電阻率，單位為Ω.m;
[0119]w——內電極寬度，單位為m;
[0120]h--內電極厚度，單位為m;
[0121]L——每根匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止共產生的長度，單位為m;
[0122]R——加熱層方塊電阻，單位為Ω/口。
[0123]作為另一種優選方案，所述平行電極的兩條設置于加熱層的兩個邊緣，優選的，所述平行電極為直線平行電極或者曲線平行電極或者折線平行電極。
[0124]采用平行電極的高溫電熱片，最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩電極間距和加熱層的方塊電阻符合如下公式:
[0125]T = kU2/d2R+t(7)
[0126]其中:
[0127]t 起始溫度，單位為。C ;
[0128]T一一電熱片升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ;
[0129]U——供電電壓，單位為V;
[0130]d一一兩平行電極的間距，單位為cm;
[0131]R——加熱層方塊電阻，單位為Ω/口；
[0132]k一一常數，取值范圍為10_200，k取值范圍根據電熱片與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱片與空氣之間的傳導系數成反比。
[0133]經應用測試，接相同電壓時，電極寬度為7-10mm、兩平時電極的間距為9-13cm時，在加熱片其它因素不變的條件下，其升溫速度最快，于15min內可升溫到250°C以上。最為優選的方案是電極寬度為8mm、間距為1cm的平行電極，接入高電壓時，可在1min內，升溫到250°C以上。
[0134]進一步的，上述高溫電熱片，所述加熱層的材料為單層或多層石墨烯、或者碳納米管膜，優選為單層或多層石墨烯，更優選3-5層石墨烯;優選地，所述石墨烯可使用摻雜石墨烯;更優選地，其摻雜劑可為無機/有機摻雜劑；
[0135]和/或，所述基材為耐高溫材料，優選為聚酰亞胺薄膜、微晶玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、藍寶石或陶瓷材料;更優選微晶玻璃、石英玻璃或陶瓷材料;優選的，所述基材的厚度為 20_5000ym，例如 20μηι、50μηι、100μηι、200μηι、300μηι、400μηι、500μηι、ΙΟΟΟμηι、1700ym、2500ym、3000μηι、3200μηι、4000μηι、4600μηι、5000μηι 等，均可;更優選的，基材的厚度為 50-3000μηι，例如50um、200um、300um、450um、550um、700um、lOOOum、1300um、1800um、2000um、2400um、2600um、3000μπι等，均可。雖然基材的厚度可以達到上千微米，本實用新型高溫電熱片的溫度亦可達至Ij 300度以上。
[0136]和/或，所述電極材料為導電良好且耐高溫材料，優選為銀、銀漿、銅、銅漿或鋁;更優選為銀漿;優選的，所述銀漿為耐高溫導電銀漿，所述耐高溫導電銀漿的燒結溫度在300°C 以上，例如:350cC、380cC、410cC、440cC、470°C、500°C、530°C、570°C ^600°C ^650°C ^680°C等。
[0137]優選地，所述高溫電熱片的電極和加熱層上設有覆蓋層，與基材相呼應的將設有電極的加熱層夾在中間;優選地，所述覆蓋層的材料為耐高溫材料，優選為聚酰亞胺薄膜或玻璃釉;最優為玻璃釉。
[0138]優選的，所述覆蓋層的厚度為1-100(^111，比如14111、1(^111、4(^111、754111、10(^111、1334111、157μηι、200μηι、260μηι、300μηι、350μηι、400μηι、440μηι、500μηι、550μηι、584μηι、620μηι、700μηι、750μηι、800μηι、830μηι、880μηι、900μηι、960μηι、ΙΟΟΟμηι等;進一步優選的，覆蓋層的厚度為5_200ym，例如 5ym、7ym、15ym、20ym、45ym、60ym、90ym、llOym、140ym、155ym、160ym、175ym、200ym等。覆蓋層又叫覆蓋保護層，是用于固定保護厚度較薄的加熱片及電極，使加熱片和電極之間結合更加牢固，同時使加熱片和電極與外界隔絕，避免受到污染或在外力作用下變形等。當覆蓋保護層過薄，比如小于75μπι時，隨著覆蓋層厚度的減少，在長時間高溫作用下的電極和加熱層的保護作用會相對減弱，容易造性電極微變形。經研究發現，覆蓋保護層厚度在小于75μπι時，其電極出現變形的加熱時間隨著厚度的減小急劇減小，厚度為75μπι時，出現折點，電極在300°C下持續720h不變形，處于長期穩定狀態。當覆蓋保護層過厚時，又會影響加熱片中電熱層溫度的傳導，影響電熱片的最終溫度。經深入的研究發現，在覆蓋層采用75-123μπι的玻璃釉時，高溫電熱片的電極的穩定性和覆蓋層的溫度傳導均處于最佳狀態。例如:75μηι、78μηι、81μηι、86μηι、90μηι、92μηι、95μηι、97μηι、103μηι、108μηι、ΙΙΙμηι、115μηι、119μηι、121μηι、123μm等，此時，溫度在300°C下持續720h，電極無任何變形，電熱片的各項性能均無異樣改變，溫度傳導良好。
[0139]所述的高溫電熱片的制備工藝，包括如下步驟:
[0140]I)制備生長于金屬箔襯底上的加熱層材料；
[0141]2)將基材與金屬箔生長有加熱層材料的一面粘合在一起；
[0142]3)在金屬箔面上通過光刻或印刷的方法制作掩膜，掩膜圖案按要求設計；
[0143]4)將制作好掩膜的基材/加熱層/金屬箔置于刻蝕液中，刻蝕掉未被掩膜保護的金屬；
[0144]5)去掉金屬電極表面的掩膜，形成圖案化電極；
[0145]或者，可以采用在加熱層上直接印刷導電漿料或蒸鍍導電材料的方法制作電極，優選直接印刷導電金屬漿料；
[0146]優選的，當采用導電金屬漿料印刷電極的方法制作高溫加熱片，具體包括如下步驟:
[0147]I)將加熱層轉移至基材上；
[0148]2)在加熱層上制作電極，采用直接印刷導電漿料或蒸鍍導電材料的方法進行，電極圖案根據需求設計；
[0149]進一步優選的，上述兩種不同的制備方式，還制備有覆蓋層，具體操作如下:
[0150]在做好的帶有電極的加熱層上印刷或涂布覆蓋層，優選的，印刷或涂布的厚度為1-1000μ??，優選5-200μπι，最佳印刷或涂布 75-123μπι。
[0151]上述方案具有以下優點:
[0152]本實用新型高溫電熱片，通過使用石墨烯、碳納米管膜等碳納米材料取代目前采用的合金加熱絲或合金加熱箔，同時優選與加熱元件配合的材料，根據需要還可進行特殊的電極設計，實現更加均勻高效的加熱。具體表現為以下兩點:
[0153](I)提高了加熱均勻性。使用本實用新型的高溫電熱熱片加熱時不同于以往的合金絲及合金箔，整個面內的導電膜(即加熱層)全部發熱，提高了溫度均勻性，整個高溫電熱熱片穩定后的全表面溫度最高溫和最低溫之差小于1K;
[0154](2)發熱效率高。本實用新型采用石墨烯、碳納米管膜等碳納米材料加熱，可以在短時間內將電能迅速轉化成熱能，發熱效率很高，一般在220V電壓下，通電9-15min內即可達到穩定，穩定后的溫度可達400 °C以上。
[0155](3)使用壽命長。本實用新型高溫加熱片不同于現有的金屬絲或合金加熱箔，在220V電壓下，長時間工作容易老化或短路，采用石墨烯、碳納米管膜等碳納米材料作為電熱轉換的加熱層，克服了這種長時間通電加熱造成的材料老化問題，同時電極、加熱層和覆蓋層的結合設計，形成了牢固的一體，不僅熱能易于釋放，電極也不易被高電壓燒毀，提高了高溫電熱膜的使用壽命，可達到220V電壓下連續工作30000多小時以上保持高效發熱，間斷性通電，可實現100000次以上，性能不受影響。
【附圖說明】
[0156]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0157]圖1是【背景技術】中透明加熱膜電極設置圖；
[0158]圖2是本實用新型實施例1的電熱膜的電極分布圖；
[0159]圖3是本實用新型一個優選實施例的剖面圖；
[0160]圖4是本實用新型實施例2的電熱膜的電極分布圖；
[0161]圖5是本實用新型實施例3的電熱膜的電極分布圖；
[0162]圖6是本實用新型實施例4的電熱膜的電極分布圖；
[0163]圖7是本實用新型實施例1的電熱膜(非優選方案)紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片;
[0164]圖8是本實用新型實施例1的電熱膜(優選方案)紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0165]圖9是本實用新型實施例1的電熱膜(優選方案)直線溫度分布圖，橫作標是電熱膜從左到右的位置表示，縱作標是溫度；
[0166]圖10是本實用新型實施例2的電熱膜(非優選方案)紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片;
[0167]圖11是本實用新型實施例2的電熱膜(優選方案)紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片;
[0168]圖12是本實用新型實施例2的電熱膜(優選方案)直線溫度分布圖，橫作標是電熱膜從左到右的位置表示，縱作標是溫度；
[0169]圖13是本實用新型實施例3的電熱膜直線溫度分布圖；
[0170]圖14是本實用新型實施例4的電熱膜直線溫度分布圖；
[0171]圖15是本實用新型實施例5的電熱膜直線溫度分布圖；
[0172]圖16是本實用新型實施例6的電熱膜直線溫度分布圖；
[0173]圖17是本實用新型實施例7的電熱膜直線溫度分布圖；
[0174]圖18是本實用新型實施例8的電熱膜直線溫度分布圖；
[0175]圖19是本實用新型實施例9的電熱膜直線溫度分布圖；
[0176]圖20是本實用新型實施例10的電熱膜直線溫度分布圖；
[0177]圖21是本實用新型實施例11的電熱膜直線溫度分布圖；
[0178]圖22是本實用新型實施例14的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0179]圖23是本實用新型實施例15的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0180]圖24是本實用新型實施例16的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0181]圖25是本實用新型實施例17的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0182]圖26是本實用新型實施例18的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0183]圖27是本實用新型實施例19的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0184]圖28是本實用新型實施例20的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0185]圖29是本實用新型實施例21的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0186]圖30是本實用新型實施例22的高溫電熱片紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片；
[0187]圖中，I—透明導電層(在實施例14-30的高溫電熱片中為加熱層)，2—電極，21—匯流條，22-內電極，3—透明基材(在實施例14-30的高溫電熱片中為基材，其也可以為不透明材料)，4一透明覆蓋層(在實施例14-30高溫電熱片中為覆蓋層，其也可以為不透明材料)。
【具體實施方式】
:
[0188]以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0189]在以下實施例中，雖然數值均同時滿足三個公式，但對于粗匯流條細內電極的圖案電極來說，只要參數滿足至少任何一個公式均能實現本實用新型的實用新型目的，解決本實用新型要解決的技術問題。實施例中只是給出了同時滿足三個公式的實施方式，但不會對本實用新型技術方案構成任何限制。
[0190]以下實施例中涉及到材料的電阻率都是本領域公知的，比如，銅的電阻率為1.75ΧΙΟ—8Ω.m，銀漿的電阻率為8X10—8Ω.m，石墨烯(單層)1 X 10—8Ω.m。
[0191]實施例1:
[0192]參見圖2、3所示，單層石墨烯作為加熱構件的低電壓透明電熱膜，電極采用銀漿印刷。
[0193]制備工藝如下:
[0194]1、在面積150mm X 150mm厚度125μηι的PET(透明基材)上轉移一層石墨稀，石墨稀已經過摻雜，方阻為250 Ω /□；
[0195]2、使用絲網印刷設備在轉移好的石墨烯上印刷銀漿電極圖案，圖案形狀如圖2所示，內電極間距為6mm，寬1mm，銀楽厚度25μηι;
[0196]3、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使銀漿固化，烘烤溫度為130°C，時間為40mino
[0197]初始溫度為室溫(22°C)，此種情況下，將引線分別連接5V電源的正負極，經測試，60秒即可達到穩定狀態，圖7所示為使用紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片，此時電熱膜的平均溫度可達77.5°C左右，(室溫為22°C)。符合公式T = kU2/d2R+t(K = 200)。
[0198]測試結果顯示，使用我們實用新型的電極設計方案，使用3.7V電壓供電時加熱膜的平均加熱功率為1500w/m2左右，而電壓為3.7V時使用傳統的無內電極的電熱膜平均加熱功率為5.4w/m2左右，要達到與我們新設計的電熱膜相同的加熱效果使用電壓需提高至612V左右，這已經遠遠超過了人體安全電壓。
[0199]優選地，進一步進行以下步驟:
[0200]4、將面積150mm X 150mm厚度50μπι的OCA膠與相同面積的PET貼合在一起；
[0201]5、使用激光切割設備在貼合好的PET/0CA開方形孔，孔大小為5mmX5mm，開孔的位置要保證該PET/0CA與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mm X 5mm的電極；
[0202]6、對好位后將PET/0CA與電極圖案貼合；
[0203]7、在小孔露出的電極出制作引線；
[0204]此種情況下，測得電熱膜電阻為2.7Ω，將引線分別連接5V電源的正負極，經測試，60秒即可達到穩定狀態，圖8所示為使用紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片，圖9所示為直線溫度分布圖，此時電熱膜的平均溫度可達66°C左右(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t(k= 158)若電壓為3.7V穩定后平均溫度為42°C，若電壓為7.4V穩定后平均溫度為103°C，符合公式 T = kU2/d2R+t(k=133)。
[0205]測試結果顯示，使用我們實用新型的電極設計方案，使用3.7V電壓供電時加熱膜的平均加熱功率為1300w/m2左右，而電壓為3.7V時使用傳統的無內電極的電熱膜平均加熱功率為5w/m2左右，要達到與我們新設計的電熱膜相同的加熱效果使用電壓需提高至60V左右，這已經遠遠超過了人體安全電壓。
[0206]最終得到的透明電熱膜的結構是:由透明導電層(單層石墨烯)1和電極2緊密貼合形成本實用新型的核心，電極2由匯流條21和內電極22構成，形成叉指電極，內電極間距為6mm，寬1mm，銀漿厚度25μπι。透明基材3和覆蓋層4將透明導電層和電極夾在中間，起承托固定保護作用。
[0207]實施例2:
[0208]本實施例采用兩層石墨烯作為加熱構件的低電壓透明電熱膜，電極采用銀漿印刷。
[0209]1、在面積120_ X 120mm厚度125μηι的PET (透明基材)上轉移兩層石墨稀，石墨稀已經過摻雜，方阻為120 Ω / □;
[0210]2、使用絲網印刷設備在轉移好的石墨烯上印刷銀漿電極圖案，圖案形狀如圖4所不，匯流條外圓直徑96mm，最長內電極為73mm，內電極間距為6mm，共產生17個間隔，寬1mm，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為130mm，銀楽厚度 25μηι;
[0211]3、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使銀漿固化，烘烤溫度為130°C，時間為40mino
[0212]此種情況下，將引線分別連接5V電源的正負極，經測試，60S即可達到穩定狀態，圖10所示為使用紅外熱像儀拍攝的溫度分布照片，此時電熱膜的平均溫度可達137.7°C左右(初始溫度為室溫22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t(K = 200)。
[0213]測試結果顯示，使用我們實用新型的電極設計方案，使用3.7V電壓供電時加熱膜的平均加熱功率為3168w/m2左右，而電壓為3.7V時使用傳統的無內電極的電熱膜平均加熱功率為11.4w/m2左右，要達到與我們新設計的電熱膜相同的加熱效果使用電壓需提高至616.6V左右，這已經遠遠超過了人體安全電壓。
[0214]優選地，進一步進行以下步驟:
[0215]4、將面積120mm X 120mm厚度50μπι的OCA膠與相同面積的PET貼合在一起；
[0216]5、使用激光切割設備在貼合好的PET/0CA開方形孔，孔大小為5mm X 5mm，開孔的位置要保證該PET/0CA與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mm X 5mm的電極；
[0217]6、對好位后將PET/0CA與電極圖案貼合；
[0218]7、在小孔露出的電極出制作引線；
[0219]此種情況下，測得電熱膜電阻為2Ω，將引線分別連接5V電源的正負極，經測試，40S鐘即可達到穩定狀態，參見圖11、12所示，此時電熱膜的平均溫度可達90.9°C左右(室溫為 22°C)。符合公式 T = kU2/d2R+t(k=119.1)
[0220]測試結果顯示，使用我們實用新型的電極設計方案，使用3.7V電壓供電時加熱膜的平均加熱功率為1300w/m2左右，而電壓為3.7V時使用傳統的無內電極的電熱膜平均加熱功率為5w/m2左右，要達到與我們新設計的電熱膜相同的加熱效果使用電壓需提高至60V左右，這已經遠遠超過了人體安全電壓。
[0221]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.2%，內電極上最大電壓差不超過0.004%。
[0222]最終得到的透明電熱膜的結構基本同實施例1，區別在于透明導電層為雙層石墨稀，且電極圍成的形狀如圖4的圓形，匯流條外圓直徑96mm，最長內電極為73mm，內電極間距為6mm，共產生17個間隔，寬Imm，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為130臟，銀漿厚度25μπι。
[0223]實施例3:
[0224]參見圖5所示，單層石墨烯作為加熱構件的低電壓透明電熱膜，制備工藝如下:
[0225]1、將生長好石墨烯(石墨烯經過摻雜，方阻為250 Ω/口)的銅箔與大小為150mm X300mm厚度為125μπι的PET通過UV膠貼合在一起，銅箔大小為140mm X 280mm，厚度為25μπι ；
[0226]2、將UV膠固化，波長為365nm，能量為1000mJ/cm2 ；
[0227]3、使用絲網印刷設備在貼合好的銅箔上印刷可剝膠掩膜，圖案形狀如圖5所示，此時，相當于電熱膜被一分為二，形成左右兩塊電熱膜串聯的效應，實際的利用電壓減半，內電極間距為3mm，長108mm，寬Imm，共32條，共產生30個間隔，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為100_，銅箔厚度25μπι;
[0228]4、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使可剝膠固化，烘烤溫度為135°C，時間為40min;
[0229]5、烘烤后的樣品置于30%的FeCl3刻蝕液中刻蝕，刻蝕結束后水洗吹干，揭下電極表面的可剝膠。
[0230]此種情況下，測得電熱膜電阻為1.7Ω，將引線分別連接3.7V鋰離子電池的正負極(相對于一半的電熱膜是1.85V)，經測試，30S穩定后電熱膜的溫度可達46°C左右，參見圖13所示，(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t(K=160)。
[0231]測試結果顯示，使用本實用新型的電極設計方案，使用3.7V電壓(實際應用于兩電極的電壓為1.85V)供電時加熱膜的平均加熱功率為1521W/V左右，而電壓為3.7V時使用傳統的無內電極的電熱膜，要達到與我們新設計的電熱膜相同的加熱效果使用電壓需提高至616V左右，這已經遠遠超過了人體安全電壓。
[0232]優選地，進一步進行以下步驟:
[0233]6、將面積150mmX300mm厚度50μπι的OCA膠與相同面積的PET貼合在一起；
[0234]7、使用激光切割設備在貼合好的PET/0CA開方形孔，孔大小為5mmX5mm，開孔的位置要保證該PET/0CA與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mm X 5mm的電極；
[0235]8、對好位后將PET/0CA與電極圖案貼合；
[0236]9、在小孔露出的電極出制作引線；
[0237]測得電熱膜電阻為2.5Ω，將引線分別連接3.7V(實際利用電壓相當于1.85V)鋰離子電池的正負極，經測試，70S穩定后電熱膜的溫度可達45°C左右(室溫為22°C)，符合公式T= kU2/d2R+t(K=151)。
[0238]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.2%，內電極上最大電壓差不超過0.004%。
[0239]最終得到的透明電熱膜的結構基本同實施例1，區別在于電極圍成的形狀如圖5，可以形成左右兩塊電熱膜串聯的效應，實際的利用電壓減半，內電極間距為3mm，長108mm，寬1mm，共32條，共產生30個間隔，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為I OOmm，銅箔厚度25μπι。電極材料為銅箔。
[0240]實施例4:
[0241]本實施例采用ITO薄膜作為加熱構件的低電壓透明電熱膜，銀漿作為電極，圖案設計參照圖2，制備工藝如下:
[0242]1、使用絲網印刷設備在方阻為尺寸為150mmX 150mm，方阻為150 Ω的ITO薄膜(方阻為400 Ω /□)上印刷銀漿電極圖案，圖案形狀如圖2所示，內電極間距為6mm，長108mm，寬Imm，共15條，共產生15個間隔，匯流條寬8_，銀漿厚度25μπι ；
[0243]2、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使銀漿固化，烘烤溫度為130°C，時間為40mino
[0244]3、將面積150mmX 150mm厚度50μπι的OCA膠與相同面積的PET貼合在一起；
[0245]4、使用激光切割設備在貼合好的PET/0CA開方形孔，孔大小為5mmX5mm，開孔的位置要保證該PET/0CA與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mm X 5mm的電極；
[0246]5、對好位后將PET/0CA與電極圖案貼合；
[0247]6、在小孔露出的電極出制作引線；
[0248]此種情況下，測得電熱膜電阻為5Ω，將引線分別連接12V電源的正負極，經測試，55S即可達到穩定狀態，參見圖14，此時電熱膜的平均溫度可達92°C左右(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t(K = 70)。
[0249]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.05%，內電極上最大電壓候~|寸武圈叵@#?屮坩菡兇二翠輯鋱叵科糊鏨規Sli輳柚郜徴s「li釀歡￥ 〔0930〕
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[0266]本實施例基本同實施例1的非優選方案，不同之處在于，電極形成于透明導電層與透明基材之間，電極采用銅箔，圖化設計參見附圖4，內電極間距為2mm，長108mm，寬1mm，共16條，共產生17個間隔，匯流條寬8mm，銅箔厚度25μπι。以單層石墨烯作為材料的透明導電層的方阻為250 Ω/口。
[0267]此種情況下，測得電熱膜電阻為2Ω，將引線分別連接3.7V電源的正負極，經測試，30S即可達到穩定狀態，參見圖18，此時電熱膜的平均溫度可達143.8°C左右(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t(K = 89)。
[0268]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.04%，內電極上最大電壓差不超過3 %。
[0269]實施例9:
[0270]本實施例采用將圖案化電極的正極和負極分開設置于透明導電層的兩面，形成被透明導電層分隔的叉指電極，圖案化設計在視覺上同附圖2，透明導電層的材料采用單層石墨烯(方阻為250Ω/0)，電極采用5-10層的石墨烯或者厚度為10-30μπι的銅箔，本實施例優選采用了5-10層的石墨稀作為電極材料，其中，正負相鄰內電極間距為4mm，長108mm，寬1mm，共15條，共產生15個間隔，匯流條寬8mm。
[0271]此種情況下，測得電熱膜電阻為2.1Ω，將引線分別連接7.5V電源的正負極，經測試，30S即可達到穩定狀態，參見圖19，此時電熱膜的平均溫度可達210°C左右(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t (K = 134)。
[0272]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差7%，內電極上最大電壓差不超過4 %。
[0273]實施例10:
[0274]本實施例基本同實施例3，不同之處在于，圖案化設計采用附圖6，透明導電層采用6層石墨烯(方阻為41.6 Ω /□)，電極為銅箔。內電極間距為1mm，寬Imm，共9條，共產生9個間隔，匯流條寬8mm，銅箔厚度25μπι。
[0275]此種情況下，測得電熱膜電阻為0.32Ω，將引線分別連接7.5V電源的正負極，經測試，30S即可達到穩定狀態，參見圖20，此時電熱膜的平均溫度可達86.3°C左右(室溫為220C)，符合公式T = kU2/d2R+t(K = 47.6)o
[0276]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差2.4%，內電極上最大電壓差不超過0.3%。
[0277]實施例11:
[0278]本實施例基本同實施例1，不同之處在于，內電極和匯流條采用不同的材料。可以是透明導電材料作內電極，金屬材料作匯流條;也可以是不同的金屬材料分別作為內電極和匯流條;還可以是透明導電材料作匯流條，金屬材料作內電極。本實施例優選金屬銅箔或銀漿作為匯流條的材料，至少5層的石墨烯作為內電極的材料。本實施例更優選以金屬鉑作為匯流條的材料和10層的石墨烯作為內電極的材料。單層石墨烯作為透明導電層的材料(方阻為250 Ω/口)。圖案化設計參見附圖2，石墨烯內電極間距為5mm，長108mm，寬1mm，共32條，匯流條寬8mm，厚度25μηι。
[0279]此種情況下，測得電熱膜電阻為1.9Ω，將引線分別連接12V電源的正負極，經測試，30S即可達到穩定狀態，參見圖21，此時電熱膜的平均溫度可達243°C左右(室溫為22°C)，符合公式T = kU2/d2R+t (K = 96)。
[0280]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差1.5%，內電極上最大電壓差不超過2.3%。
[0281]實施例12:
[0282]本實施例工藝同實施例1，不同之處在于電極的具體設計。
[0283]為了保證內電極設置在匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差不超過10%，本實施例在制作時，對內電極產生的間隔數η、內電極最長長度I，匯流條的寬度W、匯流條的厚度H進行測算后精確處理，使其符合上述公式(2)。
[0284]本實施例要求電極的設置為:內電極長108mm，共產生15個間隔，匯流條寬8mm，厚25μπι。經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.2%。
[0285]將引線分別連接1.5V電源的正負極，經測試，75S鐘即可達到穩定狀態，此時電熱膜的平均溫度可達51°C左右(室溫為22°C)。
[0286]實施例13:
[0287]本實施例工藝同實施例1，不同之處在于電極的具體設計。
[0288]為了保證內電極上最大電壓差不超過10%，本實施例在制作時，對內電極產生的間隔數η、內電極最長長度1、內電極寬度w、內電極寬度h、匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度L進行測算后精確處理，使其符合上述公式(3)。
[0289]本實施例要求電極的設置為:內電極長108mm，共15根內電極，每根內電極的寬度均為1mm、厚25μηι，共產生15個間隔，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為99mm。經測試，內電極上最大電壓差不超過0.05%。
[0290]將引線分別連接7.5V電源的正負極，經測試，60S鐘即可達到穩定狀態，此時電熱膜的平均溫度可達77.4°C左右(室溫為22°C)。
[0291]以上實施例中的內電極均可制作成相互平行的波浪狀或鋸齒狀等其它形狀。
[0292]實施例14:
[0293]1、在面積120mmX 120mm厚度4mm的微晶玻璃上轉移三層石墨烯方阻為250 Ω/□左右；
[0294]2、使用絲網印刷設備在轉移好的石墨烯上印刷銀漿電極圖案，圖案形狀如圖1、3所示，I為加熱層，2為電極，電極2為平行電極設計，兩平行電極寬8mm，銀漿厚度25μηι，兩電極間距離為1cm; 3為基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4為高溫電熱片的覆蓋層(可以是透明的，也可以是不透明的)；
[0295]3、將印刷好的電極圖案置于IR爐中烘烤，烘烤溫度為150°C，時間為1min，然后在隧道爐中550 °C燒結I Omin;
[0296]4、在玻璃片上涂布一層玻璃釉；
[0297]5、在隧道中燒結玻璃釉。
[0298]所得高溫電熱片的結構為:加熱層(三層石墨烯)1和電極2緊密貼合，電極2為分布于加熱層I兩端的平行的長條設計，兩平行電極寬8mm，銀漿厚度25μπι，兩電極間距離為10cm。基材3和覆蓋層4將透明導電層和電極夾在中間，起承托固定保護作用。基材3厚度為厚度4mm的微晶玻璃，覆蓋層4為115μπι的玻璃釉。
[0299]測得高溫電熱片電阻為250 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待9min左右溫度升至250°C (室溫22°C)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，K值為117.8，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖22所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±10K。
[0300]實施例15:
[0301]1、將生長好石墨烯(石墨烯經過摻雜，方阻為125 Ω/口)的銅箔與大小為150mm X150mm厚度為125μπι的聚酰亞胺膜(耐高溫度可達400°C以上)通過UV膠貼合在一起，銅箔大小為130mm X 130111111，厚度為254111;
[0302]2、將UV膠固化，波長為365nm，能量為1000mJ/cm2，
[0303]3、使用絲網印刷設備在貼合好的銅箔上印刷可剝膠掩膜，圖案形狀如圖2-3所示，I為高溫電熱片的加熱層構成本實用新型的核心功能部件，2為電極，21為匯流條，22為內電極，3為基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4為高溫電熱片的覆蓋層(可以是透明的，也可以是不透明的)。其中，內電極間距為6mm，長108mm，寬Imm，共15條，匯流條寬8mm，銅箔厚度25μηι;
[0304]4、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使可剝膠固化，烘烤溫度為135°C，時間為40min;
[0305]5、烘烤后的樣品置于30%的FeCl3刻蝕液中刻蝕，刻蝕結束后水洗吹干，揭下電極表面的可剝膠；
[0306]6、使用激光切割設備在帶硅膠的聚酰亞胺膜上開方形孔，孔大小為5mmX 5mm，開孔的位置要保證該聚酰亞胺膜與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mmX5mm的電極；
[0307]8、對好位后將聚酰亞胺膜與電極圖案貼合；
[0308]9、在小孔露出的電極出制作引線。
[0309]最終得到的高溫電熱片的結構是:加熱層(摻雜石墨烯)1和電極(銅箔)2緊密貼合，內電極間距為6mm，長108mm，寬1mm，共15條，匯流條寬8mm，銅箔厚度25μηι。基材3和覆蓋層4將透明導電層和電極夾在中間，起承托固定保護作用。基材3為厚度為125μπι的聚酰亞胺膜，覆蓋層4也為厚度為125μπι的聚酰亞胺膜。
[0310]測得高溫電熱片電阻為2.7 Ω，將引線分別連接7.4V鋰離子電池的正負極，經測試，5分鐘即可達到穩定狀態，此時電熱膜的平均溫度可達176°C左右(室溫為22°C)，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖23所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±8K，符合公式(6)，其中，Κ = 126.5。
[0311]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.2%，內電極上最大電壓差不超過0.004%。
[0312]實施例16:
[0313]1、在面積140mmX 140mm厚度4mm的陶瓷材料上涂布碳納米管，方阻為200 Ω /□左右；
[0314]2、使用絲網印刷設備在轉移好的碳納米管上印刷銀漿電極圖案，圖案形狀如圖1所示，為平行電極設計，兩平行電極寬8mm，間距為12cm，銀漿厚度25μπι;
[0315]3、將印刷好的電極圖案置于IR爐中烘烤，烘烤溫度為150°C，時間為1min，然后在隧道爐中550 °C燒結I Omin;
[0316]4、在玻璃片上涂布一層玻璃釉；
[0317]5、在隧道中燒結玻璃釉(厚度為115μπι)。
[0318]所得高溫電熱片的結構基本同實施例14，不同之處是:由加熱層I為碳鈉米管，兩平行電極寬8mm，間距為12cm，銀漿厚度25μπι。基材3為厚度4mm的陶瓷材料，覆蓋層4為厚度為Iym玻璃釉。
[0319]測得高溫電熱片電阻為200 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待15min左右溫度升至300°C(室溫22°C)左右保持穩定，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖24所示，有效加熱區內的溫度均勻性為土 6K，符合公式(7)，其中，K = 165.5。
[0320]實施例17:
[0321]1、將生長好石墨烯(石墨烯經過摻雜，方阻為125 Ω/口)的銅箔與大小為150mm X150mm厚度為125μπι的硼硅玻璃通過UV膠貼合在一起，銅箔大小為130mm X 130mm，厚度為25μm；
[0322]2、將UV膠固化，波長為365nm，能量為1000mJ/cm2
[0323]3、使用絲網印刷設備在貼合好的銅箔上印刷可剝膠掩膜，圖案形狀如圖4所示，I為高溫電熱片的加熱層，2為電極，21為匯流條，22為內電極，3為基材(可以是透明的，也可以是不透明的)，4為高溫電熱片的覆蓋層(可以是透明的，也可以是不透明的)。其中，匯流條外圓直徑96mm，最長內電極為73mm，內電極間距為6mm，共產生17個間隔，寬1mm，匯流條寬8_，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為130_，銀漿厚度25μπι;
[0324]4、將印刷好的電極圖案置于烘箱中烘烤，使可剝膠固化，烘烤溫度為135°C，時間為40min;
[0325]5、烘烤后的樣品置于30%的FeCl3刻蝕液中刻蝕，刻蝕結束后水洗吹干，揭下電極表面的可剝膠；
[0326]6、使用激光切割設備在帶硅膠的聚酰亞胺膜上開方形孔，孔大小為5mmX 5mm，開孔的位置要保證該聚酰亞胺膜與電極圖案貼合后，匯流條末端露出5mmX5mm的電極；
[0327]8、對好位后將聚酰亞胺膜與電極圖案貼合；
[0328]9、在小孔露出的電極出制作引線。
[0329]所得高溫電熱片的結構基本同實施例15，不同之處是:圖案形狀如圖4所示，電極圍成圓形，匯流條外圓直徑96mm，最長內電極為73_，內電極間距為6_，共產生17個間隔，寬Imm，匯流條寬8mm，在匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止的長度為130mm，銀漿厚度25μπι。基材3為厚度為125μπι的硼硅玻璃，覆蓋層4為4mm的聚酰亞胺膜。
[0330]測得高溫電熱片電阻為5.3 Ω，將引線分別連接7.4V鋰離子電池的正負極，經測試，5分鐘即可達到穩定狀態，此時電熱膜的平均溫度可達180°C左右(室溫為22°C)，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖25所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±8K，符合公式
(6)，其中，Κ = 129.8。
[0331]經測試，匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差0.3%，內電極上最大電壓差不超過0.004%。
[0332]實施例18:
[0333]與實施例14基本相同，不同之處在于:平行電極寬度為7mm，間距為9cm;基材(硼硅玻璃)的厚度為3mm;覆蓋層(玻璃釉)的厚度為75μπι。
[0334]測得高溫電熱片電阻為220 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待1min左右溫度升至269 °C (室溫22°C)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，K值為103.5，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖26所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±9K。
[0335]實施例19:
[0336]與實施例14基本相同，不同之處在于:石墨烯經過摻雜，且轉移的石墨烯的層數為一層作為加熱層，測得方阻為150 Ω/口；基材(微晶玻璃)的厚度為300μπι;覆蓋層(玻璃釉)的厚度為75μπι。
[0337]測得高溫電熱片電阻為150 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待1min左右溫度升至41 TC (室溫22°C)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，K值為120.5，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖27所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±7K。
[0338]實施例20:
[0339]與實施例14基本相同，不同之處在于:平行電極寬度為8mm，間距為9cm;基材(石英玻璃)的厚度為Imm;覆蓋層(玻璃釉)的厚度為123μπι。
[0340]測得高溫電熱片電阻為300 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待15min左右溫度升至292°C (室溫22°C)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，K值為113.1，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖28所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±4K。
[0341]實施例21:
[0342]與實施例14基本相同，不同之處在于:轉移摻雜石墨烯單層作為加熱層，測得方阻為150 Ω/□，平行電極寬度為10mm，間距為13cm;基材(微晶玻璃)的厚度為Imm;覆蓋層(玻璃釉)的厚度為123μπι。
[0343]測得高溫電熱片電阻為390 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待15min左右溫度升至323°C (室溫22°C)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，K值為157.7，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖29所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±7K。
[0344]實施例22:
[0345]與實施例14基本相同，不同之處在于:轉移摻雜石墨烯五層作為加熱層，測得方阻為316 Ω/□，平行電極寬度為8mm，間距為7cm;基材(藍寶石)的厚度為50μηι;覆蓋層(聚酰亞胺薄膜)的厚度為ΙΟΟμπι。
[0346]測得高溫電熱片電阻為330 Ω，引線接好連至直流或交流電源，電壓調至220V，待1511^11左右溫度升至470°(:(室溫22°(:)左右保持穩定，符合公式(7)，其中，1(值為143.2，用紅外熱像儀測試的溫度分布圖像如圖30所示，有效加熱區內的溫度均勻性為±5Κ。
[0347]實施例14-22中，UV膠還可以用各種UV光固化及熱固化樹脂、有機硅膠、聚酰亞胺膠及硅酸鹽無機粘膠劑等耐高溫膠替代。
[0348]實施例14-22中，作為基材可以有多種選擇，例如微晶玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、藍寶石及各種陶瓷材料等本領域技術人員所能想到的導熱性好且耐高溫材料。
[0349]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種低電壓透明電熱膜，包括透明基材、透明導電層、電極;透明導電層形成于透明基材的至少一側;其特征在于:電極由匯流條和若干內電極構成，內電極由匯流條相向延伸形成叉指電極；電極位于透明導電層上且與透明導電層電接觸。2.根據權利要求1所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:電極由粗的匯流條和若干細的內電極構成，匯流條接電源的正極或負極，使得兩相鄰的內電極極性相反，通電時正極匯流條提供的電流由各正極內電極流入對應負極內電極最終全部匯入負極匯流條。3.根據權利要求1或2所述的低電壓透明電熱膜，其特征在于:匯流條一端接電源的正極或負極。4.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:在透明導電層兩面分別設置正、負兩套電極，這兩套電極的內電極錯開一定距離，即正、負叉指電極分別置于透明導電層兩側，形成被透明導電層隔開的叉指電極。5.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:所述透明導電層為單層或多層石墨烯。6.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:電極材料為銅箔。7.根據權利要求5所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:電極位于石墨烯層上且與石墨烯層一體形成。8.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:電極形成于透明基材與透明導電層之間。9.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:在電極和透明導電層上覆蓋保護層。10.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:將本發明的電極串聯或并聯連接。11.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:所述內電極為直線形、波浪形或鋸齒形，所述匯流條和內電極組成的圖案形狀根據電熱膜的形狀和應用需求，可呈直線形、曲線形，也可圍成圓形、橢圓形或任意形狀。12.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩內電極間距和透明導電層的方塊電阻符合如下公式: T = kU2/d2R+t(I) 其中: t 起始溫度，單位為°C ； T一一電熱膜升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ; U——供電電壓，單位為V，U< 12V; d--內電極間距，單位為cm; R—一透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口； k一一常數，取值范圍為10-200Λ取值范圍根據電熱膜與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱膜與空氣之間的傳導系數成反比。13.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:匯流條的設置應保證內電極設置在匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差不超過10%，滿足如下公式(2): n(n+l)lpi/WHR<l/5(2) 其中: n一一內電極使匯流條圍成的面積內共產生了 η個間隔； P1--匯流條材料電阻率，單位為Ω.m； I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m; W一一匯流條寬度，單位為m; H--匯流條厚度，單位為m ； R—一透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口。14.根據權利要求1或2所述的一種低電壓透明電熱膜，其特征在于:同一內電極上最大電壓差不超過10%，需滿足如下公式(3): n I2P2MLR <1/5(3) 其中: η一一內電極產生了 η個間隔； I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m; P2--內電極材料電阻率，單位為Ω.m; w--內電極寬度，單位為m; h--內電極厚度，單位為m; L——每根匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止共產生的長度，單位為m; R—一透明導電層方塊電阻，單位為Ω/口。15.—種高溫電熱片，包括基材、加熱層、電極;加熱層形成于基材的至少一側；其特征在于:所述電極結構為叉指結構或者為兩條平行條狀結構。16.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:將本發明的電極串聯或并聯。17.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述叉指電極結構如下: 由粗的匯流條和若干細的內電極構成，匯流條接電源的正極或負極，使得兩相鄰的內電極極性相反，通電時正極匯流條提供的電流由各正極內電極流入對應負極內電極最終全部匯入負極匯流條。18.根據權利要求17所述的高溫電熱片，其特征在于:匯流條一端接電源的正極或負極。19.根據權利要求17所述的高溫電熱片，其特征在于:在加熱層兩面分別設置正、負兩套電極，這兩套電極的內電極錯開一定距離，即正、負叉指電極分別置于加熱層兩側，形成被加熱層隔開的叉指電極。20.根據權利要求17所述的高溫電熱片，其特征在于:最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩內電極間距和加熱層的方塊電阻符合如下公式(4): T = kU2/d2R+t (4) 其中: t 起始溫度，單位為°C ； T一一電熱片升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ; U——供電電壓，單位為V; d--內電極間距，單位為cm; R——加熱層方塊電阻，單位為Ω / □; k一一常數，取值范圍為10-200Λ取值范圍根據電熱片與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱片與空氣之間的傳導系數成反比。21.根據權利要求17所述的高溫電熱片，其特征在于:匯流條的設置應保證內電極設置在匯流條的不同位置最高電壓和最低電壓相差不超過10%，滿足如下公式(5): n(n+l)lpi/WHR<l/5(5) 其中: η一一內電極使匯流條圍成的面積內共產生了 η個間隔； P1--匯流條材料電阻率，單位為Ω.m； I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m; W一一匯流條寬度，單位為m; H--匯流條厚度，單位為m ； R——加熱層方塊電阻，單位為Ω / 口。22.根據權利要求17所述的高溫電熱片，其特征在于:同一內電極上最大電壓差不超過10%，需滿足如下公式(6): n I2P2MLR <1/5(6) 其中: η一一內電極產生了 η個間隔； I——內電極每根長度，長度不等時按其中最長內電極計算，單位為m; P2--內電極材料電阻率，單位為Ω.m; w--內電極寬度，單位為m; h--內電極厚度，單位為m; L——每根匯流條上由第一根內電極起到最后一根內電極止共產生的長度，單位為m; R——加熱層方塊電阻，單位為Ω / 口。23.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極的兩條電極設置于加熱層的兩個邊緣。24.根據權利要求23所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極為直線平行電極或者曲線平行電極或者折線平行電極。25.根據權利要求23所述的高溫電熱片，其特征在于:最終升溫溫度、起始溫度、供電電壓、兩電極間距和加熱層的方塊電阻符合如下公式(7): T = kU2/d2R+t(7) 其中: t 起始溫度，單位為°C ； T一一高溫加熱片升溫所至最終升溫溫度，單位為。C ; U——供電電壓，單位為V; d--兩平行電極的間距，單位為cm; R——加熱層方塊電阻，單位為Ω / □; k一一常數，取值范圍為10-200Λ取值范圍根據電熱片與空氣之間的傳導系數會有不同，與電熱片與空氣之間的傳導系數成反比。26.根據權利要求23-25任一項所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極的寬度為7_10mmo27.根據權利要求26所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極的寬度為8_。28.根據權利要求23-25任一項所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極的間距為9_13cm。29.根據權利要求28所述的高溫電熱片，其特征在于:所述平行電極的間距為10cm。30.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述加熱層的材料為3-5層石墨稀。31.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述基材為耐高溫材料，所述基材的厚度為20-5000μπι。32.根據權利要求31所述的高溫電熱片，其特征在于:所述基材的厚度為50-3000μπι。33.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述電極材料為耐高溫導電銀漿。34.根據權利要求15所述的高溫電熱片，其特征在于:所述高溫電熱片的電極和加熱層上覆蓋保護層，與基材相呼應的將設有電極的加熱層夾在中間。35.根據權利要求34所述的高溫電熱片，其特征在于:所述保護層的材料為耐高溫材料，所述覆蓋層的厚度為1-1000μπι。36.根據權利要求35所述的高溫電熱片，其特征在于:所述覆蓋層的厚度為5-200μπι。37.根據權利要求36所述的高溫電熱片，其特征在于:所述覆蓋保護層的厚度為75-123μ??ο
【文檔編號】H05B3/84GK205430649SQ201520956801
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年11月26日
【發明人】馮冠平, 劉海濱, 譚化兵
【申請人】深圳烯旺新材料科技股份有限公司, 無錫格菲電子薄膜科技有限公司