本發(fā)明涉及加熱器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜加熱器及其制備方法。

背景技術(shù)：

柔性薄膜加熱器是一類通過(guò)在回路上施加電壓來(lái)控制柔性線路板產(chǎn)生的功率，功率的一部分轉(zhuǎn)換為熱效應(yīng)，從而達(dá)到給物體加熱目的的加熱器。

現(xiàn)有技術(shù)中，柔性薄膜加熱器主要是以金屬導(dǎo)線做成回路，通過(guò)在回路上施加電壓，來(lái)控制柔性線路板產(chǎn)生的功率。柔性薄膜加熱器不僅對(duì)金屬導(dǎo)線的要求高，而且對(duì)生產(chǎn)和使用環(huán)境也有嚴(yán)格的要求，生產(chǎn)工藝過(guò)于繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)便的薄膜加熱器及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種薄膜加熱器的制備方法，包含如下步驟：

在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層，得到涂層基底；

對(duì)所述涂層基底進(jìn)行水洗，得到洗滌后的涂層基底；

使用硝酸溶液對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行處理，得到導(dǎo)電薄膜基底；

在所述導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)電極，得到薄膜加熱器。

優(yōu)選的，所述基底為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基底或聚酰亞胺基底。

優(yōu)選的，所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。

優(yōu)選的，所述單壁碳納米管的外徑≤2nm，長(zhǎng)度為5～30μm。

優(yōu)選的，所述碳納米管溶液包含碳納米管、分散劑和水；

所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉。

優(yōu)選的，所述碳納米管和分散劑的質(zhì)量比為(8～12):1；

所述碳納米管在碳納米管溶液中的濃度為0.05～0.2mg/ml。

優(yōu)選的，所述在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層的過(guò)程在惰性氣氛下進(jìn)行，所述基底的溫度為101～110℃。

優(yōu)選的，所述電極為銅導(dǎo)電膠或銀導(dǎo)電膠。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的薄膜加熱器，包含基底、設(shè)置于所述基底表面的碳納米管導(dǎo)電薄膜，以及設(shè)置于所述碳納米管導(dǎo)電薄膜表面的一對(duì)電極。

本發(fā)明提供了一種薄膜加熱器的制備方法，包含如下步驟：在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層，得到涂層基底；對(duì)所述涂層基底進(jìn)行水洗，得到洗滌后的涂層基底；使用硝酸溶液對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行處理，得到導(dǎo)電薄膜基底；在所述導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)電極，得到薄膜加熱器。本發(fā)明提供的薄膜加熱器的制備方法簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)便。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的薄膜加熱器，包含基底、設(shè)置于所述基底表面的碳納米管導(dǎo)電薄膜，以及設(shè)置于所述碳納米管導(dǎo)電薄膜表面的一對(duì)電極。本發(fā)明提供的薄膜加熱器能夠以平面的形式或者曲面的形式進(jìn)行使用，且具有高透光性、升溫速率快和面電阻低的特點(diǎn)，在透光度大于70％時(shí)，面電阻低至94.7ω/sq；在35v電壓下，加熱器升溫速率高達(dá)6.1℃/s。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備薄膜加熱器的流程示意圖；

圖2為實(shí)施例1對(duì)薄膜加熱器的加壓示意圖；

圖3為實(shí)施例1中平面加熱的傳熱示意圖；

圖4為實(shí)施例1薄膜加熱器在不同電壓下薄膜表面的升溫曲線；

圖5為50℃蒸餾水的降溫曲線；

圖6為60℃蒸餾水的降溫曲線；

圖7為不同狀態(tài)的薄膜加熱器的sem圖像，其中a為省略硝酸處理得到的薄膜加熱器的sem圖像，b為省略硝酸處理前的水洗過(guò)程得到的薄膜加熱器的sem圖像，c為實(shí)施例1得到的薄膜加熱器的sem圖像；

圖8為實(shí)施例3中曲面加熱的傳熱示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種薄膜加熱器的制備方法，包含如下步驟：

在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層，得到涂層基底；

對(duì)所述涂層基底進(jìn)行水洗，得到洗滌后的涂層基底；

使用硝酸溶液對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行處理，得到導(dǎo)電薄膜基底；

在所述導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)電極，得到薄膜加熱器。

本發(fā)明在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層，得到涂層基底。在本發(fā)明中，所述基底優(yōu)選為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基底或聚酰亞胺基底。本發(fā)明對(duì)所述聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基底和聚酰亞胺基底的來(lái)源沒(méi)有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基底和聚酰亞胺基底即可。本發(fā)明對(duì)所述基底的厚度沒(méi)有任何的特殊要求，根據(jù)具體的工藝要求進(jìn)行設(shè)置即可。

在本發(fā)明中，所述碳納米管優(yōu)選為單壁碳納米管或多壁碳納米管。本發(fā)明對(duì)所述單壁碳納米管和多壁碳納米管的來(lái)源沒(méi)有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的單壁碳納米管和多壁碳納米管即可。在本發(fā)明中，所述單壁碳納米管的外徑優(yōu)選的≤2nm，更優(yōu)選的≤1.5nm，最優(yōu)選的≤1nm；所述單壁碳納米管的長(zhǎng)度優(yōu)選為5～30μm，更優(yōu)選為10～25μm，最優(yōu)選為15～20μm。

在本發(fā)明中，所述碳納米管溶液優(yōu)選包含碳納米管、分散劑和水；所述分散劑優(yōu)選為十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)或十二烷基硫酸鈉(sds)。在本發(fā)明中，所述碳納米管和分散劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(8～12):1，更優(yōu)選為(9～11):1，最優(yōu)選為10:1；所述碳納米管在碳納米管溶液中的濃度優(yōu)選為0.05～0.2mg/ml，更優(yōu)選為0.08～0.15mg/ml，最優(yōu)選為0.1mg/ml。本發(fā)明優(yōu)選先配置濃度為0.5～2mg/ml的碳納米管溶液，然后再將其稀釋至0.05～0.2mg/ml，以減少碳納米管在配置過(guò)程中的損耗。

本發(fā)明優(yōu)選將所述碳納米管、分散劑和水混合后，將得到的混合液順次進(jìn)行水浴超聲處理和超聲波粉碎機(jī)超聲處理。在本發(fā)明中，所述水浴超聲處理的功率優(yōu)選為80～120w，更優(yōu)選為100～110w；所述水浴超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為30～50min，更優(yōu)選為35～45min，最優(yōu)選為40min。在本發(fā)明中，所述超聲波粉碎機(jī)超聲處理的功率優(yōu)選為100～120w，更優(yōu)選為105～110w；所述超聲波粉碎機(jī)超聲處理的時(shí)間優(yōu)選為60～80min，更優(yōu)選為65～75min，最優(yōu)選為70min。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述超聲波粉碎機(jī)超聲處理得到的混合液進(jìn)行離心處理，得到上清液。在本發(fā)明中，所述離心處理的離心速率優(yōu)選為7000～9000r/min，更優(yōu)選為7500～8500r/min，最優(yōu)選為8000r/min；所述離心處理的離心時(shí)間優(yōu)選為10～30min，更優(yōu)選為15～25min，最優(yōu)選為20min。本發(fā)明優(yōu)選將離心處理得到的上清液用于碳納米管溶液涂層。

在本發(fā)明中，所述在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層的過(guò)程優(yōu)選在惰性氣氛下進(jìn)行，更優(yōu)選為氮?dú)鈿夥?。在本發(fā)明中，所述基底的溫度優(yōu)選為101～110℃，更優(yōu)選為105～108℃。本發(fā)明將所述碳納米管溶液設(shè)置于高溫基底上，在設(shè)置涂層的同時(shí)，能夠使得碳納米管溶液中的水蒸發(fā)，只留下碳納米管和分散劑。

在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層優(yōu)選采用噴涂方式進(jìn)行。本發(fā)明對(duì)所述噴涂的具體實(shí)施方式?jīng)]有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的噴涂方法進(jìn)行即可。本發(fā)明對(duì)所述碳納米管溶液涂層的厚度沒(méi)有任何的特殊要求，可以根據(jù)具體的工藝要求進(jìn)行設(shè)置。

得到所述涂層基底后，本發(fā)明對(duì)所述涂層基底進(jìn)行水洗，得到洗滌后的涂層基底。在本發(fā)明中，所述水洗能夠去除設(shè)置涂層過(guò)程中可能存在雜質(zhì)，還能同時(shí)初步去除分散劑。本發(fā)明對(duì)所述水洗的方式?jīng)]有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的水洗方式進(jìn)行即可。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行干燥處理，所述干燥處理的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃；所述干燥處理的時(shí)間優(yōu)選為1～3h，更優(yōu)選為2h。

得到所述洗滌后的涂層基底后，本發(fā)明使用硝酸溶液對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行處理，得到導(dǎo)電薄膜基底。在本發(fā)明中，所述硝酸溶液優(yōu)選為將濃硝酸和水混合后得到；所述濃硝酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為65～70％，更優(yōu)選為68％；所述濃硝酸和水的體積比優(yōu)選為(5～7):1，更優(yōu)選為6:1。在本發(fā)明中，所述硝酸溶液具有氧化性，同時(shí)還有氫離子，可以與分散劑進(jìn)行結(jié)合，將涂層基底中的分散劑去除。

在本發(fā)明中，所述硝酸溶液處理具體的為將所述洗滌后的涂層基底在硝酸溶液中進(jìn)行浸泡；所述浸泡的時(shí)間優(yōu)選為30～50min，更優(yōu)選為35～45min，最優(yōu)選為40min。

本發(fā)明優(yōu)選對(duì)所述硝酸處理后的涂層基底順次進(jìn)行水洗和干燥處理。本發(fā)明對(duì)所述水洗的方式?jīng)]有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的水洗方式進(jìn)行即可。在本發(fā)明中，所述水洗能夠洗去涂層基底上黏附的硝酸和其它雜質(zhì)。在本發(fā)明中，所述干燥處理的溫度優(yōu)選為50～70℃，更優(yōu)選為55～65℃，最優(yōu)選為60℃；所述干燥處理的時(shí)間優(yōu)選為1～3h，更優(yōu)選為2h。

得到所述導(dǎo)電薄膜基底后，本發(fā)明在所述導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)電極，得到薄膜加熱器。在本發(fā)明中，所述電極為銅導(dǎo)電膠或銀導(dǎo)電膠。本發(fā)明對(duì)所述電極的尺寸沒(méi)有任何的特殊要求，根據(jù)基底的大小以及具體的工藝要求進(jìn)行設(shè)置即可。在本發(fā)明中，所述電極的寬度優(yōu)選為4～6mm，更優(yōu)選為5mm。本發(fā)明對(duì)所述電極的設(shè)置方法沒(méi)有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)置即可。

本發(fā)明對(duì)所述銅導(dǎo)電膠和銀導(dǎo)電膠的來(lái)源沒(méi)有任何的特殊要求，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的銅導(dǎo)電膠和銀導(dǎo)電膠即可。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的薄膜加熱器，包含基底、設(shè)置于所述基底表面的碳納米管導(dǎo)電薄膜，以及設(shè)置于所述碳納米管導(dǎo)電薄膜表面的一對(duì)電極。本發(fā)明提供的薄膜加熱器能夠以平面的形式或者曲面的形式進(jìn)行使用。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的薄膜加熱器及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但是不能把它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1

以純度>95wt％，外徑<2nm，長(zhǎng)度為5～30μm的單壁碳納米管為原料，sdbs作為分散劑，蒸餾水為溶劑。以碳納米管與sdbs的比例為10:1進(jìn)行稱量，然后加入相應(yīng)比例的蒸餾水，使得單壁碳納米管在分散液中的濃度為1mg/ml，然后先以100w的功率水浴超聲40min，再采用超聲波粉碎機(jī)以120w的功率進(jìn)行超聲70min，再用離心機(jī)以8000r/min的速率離心20min，提取上清液，得到濃度大約1mg/ml的碳納米管分散液。

將配好的分散液稀釋10倍，得到濃度約為0.1mg/ml的溶液，然后再將清洗好的pet薄膜粘貼在加熱板上，加熱板上的溫度控制在105℃，再用噴槍用氮?dú)膺M(jìn)行噴涂。將噴涂得到的涂層基底進(jìn)行水洗，水洗后以60℃的溫度干燥2h。

將質(zhì)量濃度為68％的濃硝酸和水以6:1的體積比混合，得到硝酸溶液。將上述干燥得到的涂層基底浸沒(méi)于硝酸溶液中，浸泡40min后進(jìn)行水洗，水洗后以60℃的溫度干燥2h，得到導(dǎo)電薄膜基底。

在得到的導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)銅電極，得到薄膜加熱器。

本實(shí)施例制備薄膜加熱器的流程示意圖如圖1所示。

本實(shí)施例給薄膜加熱器兩端負(fù)載不同的電壓進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)，本實(shí)施例對(duì)薄膜加熱器的加壓方式示意圖如圖2所示，本實(shí)施例中平面加熱的傳熱示意圖如圖3所示。

本實(shí)施例提供的薄膜加熱器在不同電壓下薄膜表面的升溫曲線如圖4所示，由圖4可知在不同的電壓下，薄膜電熱器的響應(yīng)時(shí)間不同，在35v電壓下響應(yīng)時(shí)間最短。

以35v為例進(jìn)行測(cè)試，將初始溫度分別為50℃和60℃的蒸餾水分在放在通電的薄膜加熱器上，對(duì)水溫進(jìn)行測(cè)量，得到蒸餾水的降溫曲線分別如圖5好圖6所示。其中，圖5為50℃蒸餾水的降溫曲線，圖6為60℃蒸餾水的降溫曲線；圖5和圖6中，pet是指本實(shí)施例中pet基底的薄膜加熱器，cnt-tcf-ⅰ、cnt-tcf-ⅱ和cnt-tcf-ⅲ分別表示以cnt-tcf-ⅰ、cnt-tcf-ⅱ和cnt-tcf-ⅲ作為基底得到的薄膜加熱器。

對(duì)圖5和圖6中的曲線進(jìn)行非線性擬合，得到相對(duì)應(yīng)的擬合公式：

(a)(50℃水)；

(b)(60℃水)。

式(a)和式(b)中，t1，t2-實(shí)時(shí)溫度；t1^*，t2^*-表示穩(wěn)態(tài)溫度，也就是與外界進(jìn)行熱交換達(dá)到平衡時(shí)候的溫度；tc-與環(huán)境的最大溫差；k1，k2-校準(zhǔn)系數(shù)，時(shí)間量與溫度的公式里的誤差由這個(gè)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)；t-時(shí)間。

實(shí)施例2

對(duì)實(shí)施例1中的方案進(jìn)行改進(jìn)，以得到不同狀態(tài)的薄膜加熱器。

方案一：

省略硝酸處理步驟，其余過(guò)程不變；

方案二：

省略硝酸處理前的水洗過(guò)程，其余過(guò)程不變。

本發(fā)明中不同狀態(tài)的薄膜加熱器的sem圖像如圖7所示，其中a為省略硝酸處理得到的薄膜加熱器的sem圖像，b為省略硝酸處理前的水洗過(guò)程得到的薄膜加熱器的sem圖像，c為實(shí)施例1得到的薄膜加熱器的sem圖像。

由圖7可知，實(shí)施例1得到的薄膜加熱器表面雜質(zhì)明顯減少。

實(shí)施例3

以多壁碳納米管為原料，sdbs作為分散劑，蒸餾水為溶劑。以碳納米管與sdbs的比例為10:1進(jìn)行稱量，然后加入相應(yīng)比例的蒸餾水，使得單壁碳納米管在分散液中的濃度為1mg/ml，然后先以100w的功率水浴超聲40min，再采用超聲波粉碎機(jī)以120w的功率進(jìn)行超聲70min，再用離心機(jī)以8000r/min的速率離心20min，提取上清液，得到濃度大約1mg/ml的碳納米管分散液。

將配好的分散液稀釋10倍，得到濃度約為0.1mg/ml的溶液，然后再將清洗好的pet薄膜粘貼在加熱板上，加熱板上的溫度控制在105℃，再用噴槍用氮?dú)膺M(jìn)行噴涂。將噴涂得到的涂層基底進(jìn)行水洗，水洗后以60℃的溫度干燥2h。

將質(zhì)量濃度為68％的濃硝酸和水以6:1的體積比混合，得到硝酸溶液。將上述干燥得到的涂層基底浸沒(méi)于硝酸溶液中，浸泡40min后進(jìn)行水洗，水洗后以60℃的溫度干燥2h，得到導(dǎo)電薄膜基底。

在得到的導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)銅電極，得到薄膜加熱器。

將本實(shí)施例得到的薄膜加熱器以曲面的形式進(jìn)行使用，其使用時(shí)的狀態(tài)示意圖如圖8所示。

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種薄膜加熱器的制備方法，包含如下步驟：在基底上設(shè)置一層碳納米管溶液涂層，得到涂層基底；對(duì)所述涂層基底進(jìn)行水洗，得到洗滌后的涂層基底；使用硝酸溶液對(duì)所述洗滌后的涂層基底進(jìn)行處理，得到導(dǎo)電薄膜基底；在所述導(dǎo)電薄膜基底上設(shè)置一對(duì)電極，得到薄膜加熱器。本發(fā)明提供的薄膜加熱器的制備方法簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)便。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的薄膜加熱器，包含基底、設(shè)置于所述基底表面的碳納米管導(dǎo)電薄膜，以及設(shè)置于所述碳納米管導(dǎo)電薄膜表面的一對(duì)電極。本發(fā)明提供的薄膜加熱器能夠以平面的形式或者曲面的形式進(jìn)行使用。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。