本發(fā)明涉及一種電熱元件，尤其涉及一種高熱能效率電熱元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
電熱膜分為高溫、低溫電熱膜。高溫電熱膜一般用于電子電器、軍事等，如今科技生產(chǎn)的電熱膜。低溫電熱膜是一種通電后能發(fā)熱的半透明聚酯薄膜，由可導(dǎo)電的特制油墨、金屬載流條經(jīng)加工、熱壓在絕緣聚酯薄膜間制成。工作時(shí)以電熱膜為發(fā)熱體，將熱量以輻射的形式送入空間，使人體和物體首先得到溫暖，其綜合效果優(yōu)于傳統(tǒng)的對流供暖方式。低溫輻射電熱膜系統(tǒng)由電源、溫控器、連接件、絕緣層、電熱膜及飾面層構(gòu)成。電源經(jīng)導(dǎo)線連通電熱膜，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。由于電熱膜為純電阻電路，故其轉(zhuǎn)換效率高，除一小部分損失(2％)，絕大部分(98％)被轉(zhuǎn)化成熱能。
薄膜制備是一種迅速發(fā)展的材料技術(shù)，薄膜的制備方法綜合運(yùn)用了物理、化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的基本原理，并采用了各種高技術(shù)手段。人們己經(jīng)通過各種方法制備出各種類型的薄膜，比如金屬薄膜、化合物薄膜，有機(jī)薄膜等，其中透明導(dǎo)電氧化物半導(dǎo)體薄膜是一種重要的薄膜。這些不同類型的薄膜有著各自不同的應(yīng)用場合，透明導(dǎo)電氧化物半導(dǎo)體薄膜，具有可見光的透明性和較好的導(dǎo)電性在紫外截止、紅外高反射，對微波具有強(qiáng)的衰減性。其特殊的物理性質(zhì)，可用來制造顯示器件、光電變換的透明電極、太陽能電池、電磁防護(hù)、面發(fā)熱元件，以及紅外反射膜等。
薄膜材料的制備技術(shù)發(fā)展至今，獲得薄膜的方法很多，但就成膜反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境以及成膜原理來說，大致可以分為以下四類一類是包括濺射、熱蒸發(fā)和離子鍍在內(nèi)的物理氣相沉積技術(shù)一類是通過化學(xué)反應(yīng)生成固態(tài)物質(zhì)并沉積在基板上的化學(xué)氣相沉積技術(shù)一類是溶膠凝膠技術(shù)，另外還有一類是以電化學(xué)反應(yīng)沉積為代表的溶液成膜技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
一種高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將四氯化錫、硼酸、氫氟酸、四氯化鈦、氯化鈉、偶聯(lián)劑、阻值穩(wěn)定劑、無水乙醇攪拌混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)基材表面清洗、干燥；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣借助載氣噴射在基材的表面，蒸氣淀漬(所述淀漬為本行業(yè)通用術(shù)語)在基材表面，形成薄膜；
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面放置電極材料，然后進(jìn)行加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。
一種高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將45-55重量份的四氯化錫、0.1-1重量份的硼酸、1-10重量份的氫氟酸、0.3-3重量份的四氯化鈦、1-5重量份的氯化鈉、1-3重量份的二氯化鎳、1-5重量份的偶聯(lián)劑、1-3重量份的阻值穩(wěn)定劑、10-30重量份的無水乙醇攪拌混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)將基材表面用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中75-85℃干燥1-5小時(shí)；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣溫度為200-300℃，蒸氣借助載氣噴射在基材的表面，基材溫度為550-650℃，噴射距離為20-30cm，載氣流量為45-55L/min，蒸氣淀漬在基材表面，形成厚度為1-10μm的薄膜；
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700-800℃，燒結(jié)時(shí)間為10-30分鐘，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面放置電極材料，然后進(jìn)行加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。
優(yōu)選地，所述基材可以選自微晶玻璃、云母、陶瓷、石英玻璃、高硼硅玻璃。
優(yōu)選地，所述電極可以選自導(dǎo)體漿料、金屬絲或金屬薄片。
優(yōu)選地，所述載氣可以選自氖氣、氦氣或氮?dú)庵械囊环N或多種。
優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑的用量為2.5-3.5重量份。
優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的至少一種，所述硅烷偶聯(lián)劑可以選自3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷，所述鈦酸酯偶聯(lián)劑可以選自異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯，所述鋁酸酯偶聯(lián)劑可以選自鋁酸酯偶聯(lián)劑821、鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。
進(jìn)一步優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯。
優(yōu)選地，所述阻值穩(wěn)定劑為三氯化鉍、氯化鍶中的一種或其混合物。
一種高熱能效率電熱元件，采用上述方法制備而成。
電熱膜溶液的性能和用途是由其組分及配比所決定的，且電熱膜溶液中的不同組分會(huì)相互影響，組分及其配比會(huì)決定電熱膜溶液的最終性能，如果組分及其配比不相互協(xié)調(diào)，單個(gè)組分所帶來的有益效果，會(huì)被其他組分消減甚至消除，嚴(yán)重的時(shí)候，不同組分相互抵觸，起不到整體綜合作用，產(chǎn)生負(fù)作用和次品。
本發(fā)明高熱能效率電熱元件及其制備方法，通過大量創(chuàng)造性勞動(dòng)、反復(fù)驗(yàn)證，得到電熱膜溶液的最優(yōu)組分及配比，使得多個(gè)組分綜合在一起、相互協(xié)調(diào)、并產(chǎn)生正向綜合效應(yīng)；由此制成的電熱元件，成本低、性能穩(wěn)定、熱能轉(zhuǎn)換效率高、無明火、衰減量小、使用壽命長，能適應(yīng)各種供電形式。
具體實(shí)施方式
高熱能效率電熱元件的附著性能測試方法：根據(jù)國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8554-1997《氣相沉積薄膜與基體附著力的劃痕試驗(yàn)法》進(jìn)行。采用WS-2005型涂層附著力自動(dòng)劃痕儀進(jìn)行測試，測試方法為聲發(fā)射測量方式測試，加載速率5N/min，劃痕速率2mm/min。
高熱能效率電熱元件的電阻變化率測試方法：采用190V的加載電壓，用VC 9801A型萬用表測量線路電流有效值，電熱元件的升溫速率為2℃/min，每隔十分鐘讀取一次數(shù)值，根據(jù)所測數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻值，然后求取平均電阻值，高熱能效率電熱元件1000℃時(shí)相對于室溫時(shí)的電阻變化率。
實(shí)施例1-3
高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將50重量份的四氯化錫、0.3重量份的硼酸、6重量份的氫氟酸、1重量份的四氯化鈦、2重量份的氯化鈉、2重量份的二氯化鎳、2重量份的偶聯(lián)劑(偶聯(lián)劑種類見表1)、2重量份的三氯化鉍、20重量份的無水乙醇以500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)將石英玻璃表面用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2小時(shí)；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣溫度為250℃，蒸氣借助載氣噴射在石英玻璃的表面，石英玻璃溫度為600℃，噴射距離為25cm，載氣流量為50L/min，蒸氣淀漬在石英玻璃表面，形成厚度為5μm的薄膜，其中所述載氣為氮?dú)猓?/p>
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750℃，燒結(jié)時(shí)間為20分鐘，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面涂抹銀漿，然后在溫度為800℃下進(jìn)行10分鐘的加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。
表1：偶聯(lián)劑種類及高熱能效率電熱元件性能測試結(jié)果表
其中，異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯，由南京奧誠化工有限公司提供，CAS號(hào)：61417-49-0。
由表1看出，偶聯(lián)劑采用鈦酸酯類偶聯(lián)劑時(shí)電阻變化率及附著性能較為理想。
實(shí)施例4-12
高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將50重量份的四氯化錫、0.3重量份的硼酸、6重量份的氫氟酸、1重量份的四氯化鈦、2重量份的氯化鈉、2重量份的二氯化鎳、異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯(偶聯(lián)劑用量見表2)、2重量份的三氯化鉍、20重量份的無水乙醇以500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)將石英玻璃表面用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2小時(shí)；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣溫度為250℃，蒸氣借助載氣噴射在石英玻璃的表面，石英玻璃溫度為600℃，噴射距離為25cm，載氣流量為50L/min，蒸氣淀漬在石英玻璃表面，形成厚度為5μm的薄膜，其中所述載氣為氮?dú)猓?/p>
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750℃，燒結(jié)時(shí)間為20分鐘，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面涂抹銀漿，然后在溫度為800℃下進(jìn)行10分鐘的加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。
表2：偶聯(lián)劑用量及高熱能效率電熱元件性能測試結(jié)果表
其中，異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯，由南京奧誠化工有限公司提供，CAS號(hào)：61417-49-0。
由表2看出，異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為3重量份時(shí)時(shí)電阻變化率及附著性能較為理想，且用量最為合理。
實(shí)施例13
高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將50重量份的四氯化錫、0.3重量份的硼酸、6重量份的氫氟酸、1重量份的四氯化鈦、2重量份的氯化鈉、2重量份的二氯化鎳、3重量份的異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、2重量份的氯化鍶、20重量份的無水乙醇以500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)將石英玻璃表面用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2小時(shí)；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣溫度為250℃，蒸氣借助載氣噴射在石英玻璃的表面，石英玻璃溫度為600℃，噴射距離為25cm，載氣流量為50L/min，蒸氣淀漬在石英玻璃表面，形成厚度為5μm的薄膜，其中所述載氣為氮?dú)猓?/p>
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750℃，燒結(jié)時(shí)間為20分鐘，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面涂抹銀漿，然后在溫度為800℃下進(jìn)行10分鐘的加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。性能測試結(jié)果：附著力為157N，電阻變化率為1.42％。
實(shí)施例14
高熱能效率電熱元件的制備方法，包括以下步驟：
(1)將50重量份的四氯化錫、0.3重量份的硼酸、6重量份的氫氟酸、1重量份的四氯化鈦、2重量份的氯化鈉、2重量份的二氯化鎳、3重量份的異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯、1重量份的三氯化鉍、1重量份的氯化鍶、20重量份的無水乙醇以500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌8小時(shí)混合均勻，得到電熱膜溶液；
(2)將石英玻璃表面用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后置于鼓風(fēng)干燥箱中80℃干燥2小時(shí)；
(3)將電熱膜溶液加熱成蒸氣，蒸氣溫度為250℃，蒸氣借助載氣噴射在石英玻璃的表面，石英玻璃溫度為600℃，噴射距離為25cm，載氣流量為50L/min，蒸氣淀漬在石英玻璃表面，形成厚度為5μm的薄膜，其中所述載氣為氮?dú)猓?/p>
(4)將薄膜進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為750℃，燒結(jié)時(shí)間為20分鐘，然后將燒結(jié)后的薄膜在空氣中自然冷卻，得到電熱膜；
(5)在電熱膜表面涂抹銀漿，然后在溫度為800℃下進(jìn)行10分鐘的加熱處理，得到高熱能效率電熱元件。性能測試結(jié)果：附著力為194N，電阻變化率為0.82％。