CN102281657A

CN102281657A - 提高电加热薄膜加热均匀性的方法以及一种加热均一的电加热薄膜

Info

Publication number: CN102281657A
Application number: CN2010102081626A
Authority: CN
Inventors: 吴云龙; 左岩; 张保军; 朱治国; 赵芳红; 郭世昌; 魏川; 丁方政
Original assignee: China Building Materials Academy CBMA
Current assignee: China Building Materials Academy CBMA
Priority date: 2010-06-13
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开一种提高电加热薄膜加热均匀性的方法以及一种加热均一的电加热薄膜，是在非矩形电加热薄膜的正负电极引线之间，添加若干等势线，该等势线可由多种材料制成，可以为金属线或金属条，也可以由其他非金属导电材料制成。该等势线为一条或多条，每条等势线之间有间隔，间隔可以相等或不相等。本发明通过添加强制等势线的方法，能够有效的减小由于形状造成的面电流密度的不均匀性而导致的加热不均匀性，提高整个工作区域的电加温均一性。本发明为不规则电加热系统的加热均匀性的难题首次提供可靠的解决方案，扩展薄膜电加热器件应用领域，解决不规则形状电加热系统加热不均匀问题。

Description

提高电加热薄膜加热均匀性的方法以及一种加热均一的电加热薄膜

技术领域

本发明属于电加热薄膜和电加温玻璃技术领域，涉及一种用于电加热玻璃上的导电薄膜，具体涉及提高该电加热薄膜加热均匀性的方法以及相关产品。

背景技术

透明导电薄膜分为可黏贴于基底的导电薄膜、导电涂层和用各种薄膜生长技术在基底上生长的导电薄膜。导电薄膜主要功能层为金属膜或导电氧化物薄膜。透明导电薄膜为一种集透明及导电两种特性于一身的特殊功能材料。通常附着在玻璃、石英、晶体等透明基底上。现有的透明导电薄膜主要包括金属薄膜系列、复合薄膜系列和氧化物半导体薄膜。利用薄膜导电性质，对薄膜通以电流，可用于对基底加热，因此，透明导电薄膜的一个重要的用途是作为电加温材料，实现对透明件的加热、除霜、除雾等功能。由于透明导电薄膜光学透过率均匀，光线经透明导电薄膜后不产生干涉、衍射现象，因此视觉良好。目前电加温玻璃应用于各类交通工具，包括航空器、舰船、汽车等的前风挡、侧窗以及镜头、头盔等特殊类型的观测窗口。

通常情况下，要求透明导电薄膜均匀加热，因此，面电阻均匀的透明导电薄膜最佳工作区域为矩形，加热电极位于矩形的某一对边上，均匀电流流经整个膜面，在加热区域范围内，基底材料均匀升温，实现其均匀加热之功能。

然而，在实际中，需要加热的区域形状各异，对于非矩形工作区域，利用面电阻均匀的透明导电薄膜实现整个工作区域加热均匀较困难。因为在高低电势间，由于非矩形的工作区域，电势的降落将很难沿着薄膜均匀的展开，这将导致电流沿着电势降落最快的方向流动，电流在整个工作区域内流动呈现不均匀性，路径最短区域电流密度较大，形成热端，路径较远区域则电流密度较小，形成冷端，造成工作面上的加热不均匀性，即在玻璃表面产生冷热不均现象，易造成局域温度过高、玻璃炸裂、除霜效果不好等诸多不利因素。

目前，飞机风挡一般都为不规则形状，在其表面实现全屏均匀电加热一直是一个难题。而在电加热玻璃发展的数十年中，关于电加热均匀性的文献报道较少，说明在此领域的研究还未有实质突破或保密。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于针对形状不规则(非矩形)的电加热薄膜提供一种提高整个工作区域加热均匀性的方法。

本发明提高电加热薄膜加热均匀性的方法，是在非矩形电加热薄膜的正负电极引线之间，添加若干等势线。

该等势线可由多种材料制成，可以为金属线或金属条；也可以由其他非金属导电材料制成。

该等势线为一条。

所述等势线为数条，每条等势线之间有间隔。所述相邻等势线之间的间隔可以相等，也可以不相等。

该等势线是通过机械外力、粘结等方法附于薄膜上，且与薄膜形成良好的电学接触。

本发明另一目的是提供一种非矩形的加热均一的电加热薄膜。是由上述方法加工得到。该加热均一的电加热薄的形状可以为非矩形的。

本发明通过添加强制等势线的方法，能够有效的减小由于形状造成的面电流密度的不均匀性，提高整个工作区域的温度均一性。本发明为非矩形电加热系统的加热均匀性的难题首次提供可靠的解决方案，为电加热器件提供更好的发展空间，解决非矩形电加热系统加热不均匀问题。

附图说明

图1为电加热薄膜玻璃及其电阻示意图。

图2给出的是添加一条强制等势线前后电流加热示意图。

图3显示添加两条等势线后薄膜电阻示意图及加热示意图。

图4为在一块平行四边形透明导电薄膜玻璃上电加热效果照片，左图为没有添加等势线的加热情况，右图为添加三条等势线的加热情况，图中显示右图温度均一性远远好于左图。

具体实施方式

要解决非矩形透明导电薄膜工作区域内加热不均匀的问题，本发明提出一种解决方案，即在薄膜的正负电极引线间添加强制等势线，该强制等势线可以为一条或数条金属线。

作为加热功能的导电薄膜，其基本结构是在薄膜的一组对边上配有电极引线，电极引线与电源的正负电极相连，形成导电回路。

本发明是在正负电极引线间添加金属线，该金属线是通过机械外力、粘结等方法附于薄膜上，作为等势线的金属线要与薄膜形成良好的电学接触。

本发明添加强制等势线原理，是利用理想导体为等势体的性质，一般情况下，可以认为导电性能较好的金属为理想导体。在两电极间薄膜上放置一条或数条金属，使金属与薄膜接触良好，理论上金属与薄膜形成并联关系，而实际中，由于金属中的载流子密度远远高于透明导电薄膜中的载流子密度，电流主要从金属材料中流过，这样，相当于一条金属线将薄膜分割成两块区域，两区域薄膜通过金属形成串联关系，分割后的每个区域相当于压缩了电极间的距离，减小了电极错位区域，缓解了电流在平面内的不均匀性，有利于实现均匀加热。图1所示在一块平行四边形的加热区域，在电极引线a和b间添加一条等势线c后薄膜电阻示意图。其中，A幅显示添加等势线前电极引线间薄膜电阻示意图，整个导电薄膜相当于一个电阻R；B幅显示添加等势线后电极引线间薄膜电阻示意图，相当于两个电阻R1和R2的串联。

图2给出的是添加一条强制等势线前后电流加热示意图，A.显示没有添加强制等势线电流加热情况，B.显示在添加强制等势线c后电流加热情况。理论上，对于非矩形薄膜，如图2中显示的平行四边形，其电流加热面积主要是从一极(电极引线a)到另一极(电极引线b)之间的矩形面积S(参见图2之A斜线部分)，斜线区域温度较高，而斜线以外空白区域温度较低；在添加一条强制等势线c后，电流主要加热面积分为两个部分，一部分为电极引线a到等势线c之间的矩形面积S1，另一部分为等势线c到电极引线b之间的矩形面积S2(参见图2之B斜线部分)，很明显，(S1+S2)＞S，说明添加强制等势线后，电流加热面积明显增大，对于整个非矩形区域而言，温度均一性获得提高。

图3给出了添加两条等势线后，薄膜电阻分割及加热示意图。同理可见，在电极引线a和b间添加两条等势线c1、c2(参见A幅)后薄膜电阻，相当于三个电阻R1、R2和R3的串联(参见B幅)，其电流加热面积为S1+S2+S3(参见C幅)。显然，添加强制等势线越多，电流加热面积越大，冷端(图中标“冷”)与热端(图中标“热”)温差越小，加热工作区域温度越均匀。

图4显示了在平行四边形透明导电薄膜玻璃上实现电加热实际情况，正负电极引线分别位于四边形的上下两侧，长度与平行四边形短边相同，预设的加热工作区域为整个平行四边形。图像为电加热薄膜玻璃的红外照片(位于锐角处的暗区表示温度偏低区域，其他区域的暗区则不表示低温区域)，图中数据为测试点(以“+”标出)红外实测温度。透明导电加热薄膜为氧化铟锡(ITO)，强制等势线为镀锡铜箔。在没有添加强制等势线时，如图4(A)所示，加热区域面积温差较大，冷热区域分明。平行四边形两个钝角的区域温度较高，实测温度为40.9℃，而锐角附近很大区域温度偏低，锐角处温度为20.1℃，与室温相当，表明此处电流加热效应及其微弱，玻璃冷端、热端有20℃温差，而且锐角附近的冷区域面积较大，在两电极引线工作区域内，冷热不均，不能用于电加热功能的使用；而在电极间添加三条铜箔细条作为强制等势线，如图4(B)所示，平行四边形绝大部分面积处于电加热状态，只有锐角边缘极小的区域温度偏低，位于图中锐角处暗区域，为28.6℃，冷端、热端温差减小，钝角处最高温度40.9℃，锐角处温度28.6℃，温差12℃。更重要的时，锐角处暗区域面积很小，说明未得到电流加热的区域面积大大缩小，在平行四边形的大部分区域都显示温度较均一，实现了在非矩形区域的均匀加热。

以上描述说明，本发明利用强制添加等势线的方法，缓解了非矩形薄膜加热的不均匀性，克服了一个国际难题。该等势线可由多种材料制成，可以为金属线或金属条，也可以由其他非金属导电材料制成。等势线的添加形式也可以为多种多样，可依电加热薄膜的形状和大小依据本发明的设计思想设定，至少为一条，也可以为多条，多条设置时，每条等势线之间应有间隔，但该间隔可以相等也可以不相等，本领域技术人员均可随实际情况设定，同样能够有效的减小由于形状造成的面电流密度的不均匀性而导致的加热不均匀性，提高整个电加热薄膜工作区域的电加温均一性。本发明技术可应用于各种交通工具风挡，薄膜电加热系统，电加热汽车、舰船风挡等，如应用于当前空客、波音等大型飞机的电加热系统风挡。

Claims

1.一种提高电加热薄膜加热均匀性的方法，是在非矩形电加热薄膜的正负电极引线之间，添加若干等势线。

2.根据权利要求1所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述等势线为金属线或金属条。

3.根据权利要求1所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述等势线可由多种材料制成，包括金属线或金属条，也包括其他非金属适宜导电材料。

4.根据权利要求1或2或3所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述等势线为一条。

5.根据权利要求1或2或3所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述等势线为数条，每条等势线之间有间隔。

6.根据权利要求5所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述相邻等势线之间的间隔相等。

7.根据权利要求5所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述相邻等势线之间的间隔不相等。

8.根据权利要求1至7任一所述提高电加热薄膜加热均匀性的方法，其特征在于，所述等势线是通过机械外力、粘结等方法附于薄膜上，且与薄膜形成良好的电学接触。

9.一种加热均一的电加热薄膜，由权利要求1至8任一方法加工得到。

10.根据权利要求9所述电加热薄膜，其特征在于，薄膜形状为非矩形的。