專利名稱：一種復合金屬電熱膜溶膠及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電熱膜技術領域，尤其涉及一種復合金屬電熱膜溶膠；本發(fā)明還涉及制備這種溶膠的方法。
背景技術：
電熱膜是一種新型電熱器件，因為水電隔離、快速省電等主要特點，在電加熱領域得到了廣泛地應用。一種公知的用粒徑為16-18nm的二氧化錫、五氧化二銻、三氧化二銦和氧化物電阻調節(jié)劑為原料制成的電熱膜，就具備上述特點。但是，用其制成的電加熱膜，一般只能在220V以內、功率不大于10W/cm2的常規(guī)狀態(tài)下使用約500h，使用壽命較短，使電熱膜技術與終端產(chǎn)品的使用范圍和使用效果受到限制。其原因是，由上述原料制備的電熱膜溶膠或凝膠，在自然空氣富氧的環(huán)境中熱噴涂時，氧與金屬離子反應生成金屬氧化物半導體結晶體的同時，在熱反應過程必然地在晶體的“晶格”中產(chǎn)生多余的氧離子，當溫度下降或沉化以后或受電加熱時，晶格中氧離子逐漸“逃逸”，逐漸出現(xiàn)過量的負離子空位現(xiàn)象，如果沒有足量的活潑的金屬離子給予空位填充，由于離子空位的原因會在一定的外應力下或晶體內應力作用下，逐漸產(chǎn)生“晶格”的堆積，進而逐漸造成同質面上的晶體電特性改變和不一致，當220Vac受電后會發(fā)生晶體應力釋放或積聚變化，表現(xiàn)為當膜表面溫度達到200℃以上或連續(xù)受電時間達數(shù)小時(有的設置30min)以后，局部出現(xiàn)打火擊穿而導致電熱膜報廢。而且電熱膜中所使用的金屬錫需通過四氯化錫間接制，生產(chǎn)效率低，而且由于反應過程中產(chǎn)生氯化氫氣體而污染環(huán)境。
其次，在上述溶膠或凝膠的配置過程中，反應溫度、時間、攪拌充分度以及操作環(huán)節(jié)都存在缺陷，主要表現(xiàn)為反應溫度過低、時間不足、攪拌不充分和除金屬外的雜質等影響了膜的結構致密度、均勻度和同質性，進而影響了膜的壽命，約占50％的膜因此而壽命達不到500h。
另外，上述方法中每次操作都要產(chǎn)生大量的廢液，如離心后倒掉的含Cl-的水、氨水、乙醇等的混合液，洗滌去除Cl-的廢水等，直接排泄到下水管道將造成一定程度的環(huán)境污染。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是提供一種電熱轉換效率高的復合金屬電熱膜溶膠，其不僅使用壽命長，而且承受電壓高、功率大。
為解決上述第一個技術問題，本發(fā)明的技術方案是一種復合金屬電熱膜溶膠，由下述組份按重量份制備而成納米級錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。
本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供一種制備上述復合金屬電熱膜溶膠的方法，通過該方法制備的復合金屬電熱膜溶膠使用壽命長，承受電壓高、功率大，而且該方法本身不會產(chǎn)生大量廢液，綠色環(huán)保。
為解決上述第二個技術問題，本發(fā)明的技術方案是一種復合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準備器皿和設備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；B、準備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準備去離子水，在三角燒瓶里準備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時；F、稱重檢驗將所述溶膠稱重，當前溶膠重量與累計原料的總重量之比達到1/2時即可停止攪拌；此時用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內，在82℃±2℃下進行48小時陳化，以增強膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
采用了上述技術方案后，由于上述制備方法的反應溫度高、反應時間長、攪拌充分，由此制成的電熱膜溶膠均勻度高，同質性好，提高了電熱膜的結構致密度，延長了電熱膜的使用壽命。整個過程采用的是飽和溶液的制備方式和加熱濃縮工藝，無廢液排放，完全避免了因排放廢液而造成的環(huán)境污染；在熱噴涂時的揮發(fā)物基本是蒸汽，氯化氫氣體極少，因而也降低了后續(xù)熱噴涂工藝造成的空氣污染。
通過上述方法制備的復合金屬電熱膜溶膠，其主要效果是1)、由于納米級金屬錫純度可以達到100％，納米態(tài)錫粒子原子活潑性極高，在結晶時可以完全生成穩(wěn)定結構的二氧化錫晶體，不會產(chǎn)生“晶格”的堆積。無需通過四氯化錫間接制取金屬錫，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且完全避免了使用四氯化錫產(chǎn)生氯化氫的空氣污染。
2)、根據(jù)銻具有準金屬和非金屬特性，在溶膠中加入銻，除了可改變金屬膜的電阻外，還具有與錫形成金屬間化合物而提高二氧化錫晶體的硬度和強度，提高了電熱膜的電壓和功率的承受能力。
3)、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀和氯化鎳是填加劑的主相，氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀是填加劑的次相，其作用是調節(jié)電阻和紅外頻譜。摻入上述組份后，電熱膜的紅外共振主頻的波長大于水吸熱主頻的波長，水對輻射熱的吸收率增強，提高了電熱轉換效率。
具體實施例方式
實施例1一種復合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉15份、三氯化銻7.5份、氯化亞錫3份、氯化金0.07份、四氯化鍺0.07份、氯化銀1.6份、氯化鎳0.7份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水45份、乙醇189.4份。該種配方的溶膠制成電熱膜后，其承受電壓強度為450Vac，承受功率強度25W/cm2，承受通電干燒發(fā)熱的溫度強度750℃。在膜功率強度25W/cm2、水流量0.5L/min、標準電壓250Vac、膜層表面溫度450℃下連續(xù)通電通水運行5000h無損壞。
實施例2一種復合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉8份、三氯化銻4份、氯化亞錫1份、氯化金0.01份、四氯化鍺0.01份、氯化銀0.8份、氯化鎳0.1份、氯化銅或氯化鋅7份、氯化鈉或氯化鉀7份、去離子水24份、乙醇99.2份。其承受電壓強度為250Vac，承受功率強度為10W/cm2。
實施例3一種復合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉20份、三氯化銻10份、氯化亞錫4份、氯化金0.1份、四氯化鍺0.1份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅2份、氯化鈉或氯化鉀2份、去離子水60份、乙醇312份。其承受電壓強度為110Vac，承受功率強度為20W/cm2。
實施例4一種復合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的金屬錫納米粉為14份、三氯化銻為7份、氯化亞錫2份、氯化金0.05份、四氯化鍺0.05份、氯化銀1份、氯化鎳0.5份、氯化銅或氯化鋅4份、氯化鈉或氯化鉀4份、去離子水42份、乙醇186份。其承受電壓強度為250Vac，承受功率強度為15W/cm2。
實施例5一種復合金屬電熱膜溶膠，該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的金屬錫納米粉為17份、三氯化銻為8份、氯化亞錫3份、氯化金0.08份、四氯化鍺0.08份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水51份、乙醇201.6份。其承受電壓強度為250Vac，承受功率強度為20W/cm2。
制備上述復合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準備器皿和設備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；
B、準備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準備去離子水，在三角燒瓶里準備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時；F、稱重檢驗將所述溶膠稱重，當前溶膠重量與累計原料的總重量之比達到1/2時即可停止攪拌；此時用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內，在82℃±2℃下進行48小時陳化，以增強膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
權利要求
1.一種復合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。
2.如權利要求1所述的一種復合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉15份、三氯化銻7.5份、氯化亞錫3份、氯化金0.07份、四氯化鍺0.07份、氯化銀1.6份、氯化鎳0.7份、氯化銅或氯化鋅3份、氯化鈉或氯化鉀3份、去離子水45份、乙醇189.4份。
3.如權利要求1所述的一種復合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉8份、三氯化銻4份、氯化亞錫1份、氯化金0.01份、四氯化鍺0.01份、氯化銀0.8份、氯化鎳0.1份、氯化銅或氯化鋅7份、氯化鈉或氯化鉀7份、去離子水24份、乙醇99.2份。
4.如權利要求1所述的一種復合金屬電熱膜溶膠，其特征在于該溶膠的成分是以下列重量份的原料制備而成的納米級錫粉20份、三氯化銻10份、氯化亞錫4份、氯化金0.1份、四氯化鍺0.1份、氯化銀2份、氯化鎳1份、氯化銅或氯化鋅2份、氯化鈉或氯化鉀2份、去離子水60份、乙醇312份。
5.制備如權利要求2或3或4所述的一種復合金屬電熱膜溶膠的方法，包括以下主要步驟A、準備器皿和設備電子天平；可加熱的電攪拌器；帶塞的三角燒瓶并稱重；燒杯；黑紅布瓶罩；避光的恒溫箱；B、準備原料按所述配方稱取金屬錫納米粉、三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀、所述金屬錫納米粉粒徑在10nm以下，其他為分析純；按所述配方在燒杯中準備去離子水，在三角燒瓶里準備乙醇；C、制備溶液將稱取的三氯化銻、氯化亞錫、氯化金、四氯化鍺、氯化銀、氯化鎳、氯化銅或氯化鋅、氯化鈉或氯化鉀倒入盛乙醇的三角燒瓶中，制備混合溶液；將盛有溶液的三角燒瓶在不加塞時放置在攪拌器上邊加熱、邊攪拌，溫度控制在80℃-85℃之間，充分溶解后即為乙醇溶液，并繼續(xù)攪拌備用；D、制備漿液將金屬錫納米粉倒入盛有去離子水的燒杯里，燒杯放置在攪拌器上邊攪拌、邊加熱到100℃，直至混合成漿液；溫度降低至80℃并繼續(xù)攪拌備用；E、制備溶膠將金屬錫納米粉漿液倒入攪拌中的乙醇溶液，并加蓋黑紅布瓶罩避光或在暗室里80℃保溫，繼續(xù)攪拌至少3小時；F、稱重檢驗將所述溶膠稱重，當前溶膠重量與累計原料的總重量之比達到1/2時即可停止攪拌；此時用紅色燈光從三角燒瓶的底部向上投射，溶膠為色澤均勻、透光、無沉淀、穩(wěn)定的膠體；G、將盛放溶膠的三角燒瓶加塞放置在避光的恒溫箱內，在82℃±2℃下進行48小時陳化，以增強膠體的穩(wěn)定性；至此所述的復合金屬電熱膜溶膠的制備工作完成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合金屬電熱膜溶膠，由下述組份按重量份制備而成納米級錫粉8～20份、三氯化銻4～10份、氯化亞錫1～4份、氯化金0.01～0.1份、四氯化鍺0.01～0.1份、氯化銀0.8～2份、氯化鎳0.1～1份、氯化銅或氯化鋅2～7份、氯化鈉或氯化鉀2～7份、去離子水24～60份、乙醇99.2～312份。該溶膠制成電熱膜后不僅電熱轉換效率高而且使用壽命長，承受電壓高、功率大。本發(fā)明還公開了制備上述溶膠的方法，該方法采用的是飽和溶液的制備方式和加熱濃縮工藝，無廢液排放，反應溫度高、反應時間長、攪拌充分，由此制成的電熱膜溶膠均勻度高，同質性好，提高了電熱膜的結構致密度，延長了電熱膜的使用壽命，整個過程綠色環(huán)保。
文檔編號H05B3/12GK1688180SQ20051004220
公開日2005年10月26日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權日2005年3月21日
發(fā)明者冷同桂, 劉明一, 官明茹 申請人:冷同桂