CN105239059A - 高效环保电热膜制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高效环保电热膜制备方法包括制备成膜液、基材净化、表面成膜、制作电极、退火定型等工序。其特征是：成膜液的配方：无水醋酸锌70-120g为主料，醋酸铝九水5-11g为掺杂剂，醋酸铬0.4-1.2g和醋酸镍四水0.1-0.5g为阻值稳定剂，醋酸适量为助溶剂，蒸馏水400-1200g为溶剂。成膜液的制备方法：1.用醋酸将蒸馏水酸化。2.按配方称取各组分，搅拌下，依次加入到酸化的蒸馏水中，搅拌至全溶液均匀、容器盖好、备用。3.净化干燥基材，在基材上热解成膜、制板、退火定型。与现有电热膜技术相比，本发明有优点如下：性能优良，用途广泛；原材料容易得到；生产过程污染少，更环保。

Description

高效环保电热膜制备方法

技术领域

本发明涉及一种以材料或材料性质为特征的欧姆电阻导电薄膜制作方法，特别是涉及一种高效环保电热膜制备方法。

背景技术

公知公用的人工合成金属氧化物导电薄膜，是半导体材料发展应用中的一种创新与突破。目前常用的人工合成金属氧化物导电薄膜，主要有InO₂、Zn₂O₃、ZnO及其掺杂体系。他们都是由相应金属的氯化物与无水乙醇配成成膜液，高温下采用负压喷涂热解完成，成膜后制作电极及引线，完成电热元件生产。由于这种面状薄膜电热元件热惯性小、热响应快、电热转换效率高、节电效果明显，深受各界关注，已被用于采暖系统，快热式热水、开水设备等方面。但存在的问题是膜层热稳定性差，特别是这些金属氯化物的乙醇溶液，在高温喷涂过程中所产生的废气Cl₂和HCl，是有害气体，腐蚀性强，对环境污染严重，危害动植物的健康。

其反应过程如下：

SnCl₄.5H₂OSnCl₄+5H₂O↑

SnCl₄+O₂ SnO₂+2Cl₂↑

SnCl₄+2H₂OSnO₂+4HCl↑

Cl₂具有剧烈窒息性臭味，毒性大，一般操作场所空气中含量不得超过0.001mg/L，动物呼吸后，Cl₂立即与呼吸道的水分激烈反应，生产次氯酸和盐酸：

Cl₂+H₂OHOCl+HCl

造成呼吸道被灼伤。

据《透明导电氧化物薄膜》一书介绍：地壳中金属的平均含量In：Sn：Zn为0.1:40:1320PPm，也就是说地壳中锌的含量是铟的13200倍，是锡的33倍，考虑原材料的来源和价格，在确保电热膜性能和质量的前提下，筛选来源丰富的化合物做原材料，无论在实用性、竞争力和推广度上，无疑是最具优势的。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，筛选了污染性小、来源丰富的化合物组成配方，在保证质量的前提下，从源头和制作过程减少污染、降低成本，提升技术竞争力。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明是一种高效环保电热膜制备方法，包括制备成膜液、基材净化、表面成膜、制作电极和退火定型等步骤，其特征制作过程是：

1.制备成膜溶液：

（1）配方组分重量比为：

醋酸锌无水70-120g--------主料，

硝酸铝九水5-11g---------掺杂剂，

醋酸铬0.4-1.2g---------阻值稳定剂

醋酸镍四水0.1-0.5g--------阻值稳定剂，

醋酸适量--------助溶剂，

蒸馏水400-1200g---------溶剂；

（2）成膜液的制备方法：

A：用适量的醋酸将蒸馏水酸化；

B：按配方称取各组分，搅拌下，依次加入到酸化的蒸馏水中，搅拌至全溶液均匀、容器盖好、备用。

2.基材净化：

把耐高温的绝缘基材擦洗干净，干燥，保存，备用。

3.表面成膜：

把干净的绝缘基材装上夹具，送入250-600℃的成膜炉，采用超低容量喷雾法，将成膜液雾化入炉，经一系列的理化反应，生成以ZnO为主的晶相的导电微粒，沉降嵌入基材表面晶格中，堆延形成导电薄膜。

4.制作电极：

在基材成膜表面适当位置涂刷银浆，初步干燥后送入400-750℃还原炉，还原15-40分钟，以得到平整、均匀、致密的银白色银电极为合格。

5.退火定型：

将电极制成后的膜基材送入150-600℃的成膜炉中，通N₂保护下，处理5-25分钟，促使膜层晶格有序化，提高膜层导电性和阻值的稳定性。

本发明与铟、锡金属氧化物导电薄膜相比，具有以下优点：

A:性能优良，用途广泛：

ZnO材料兼具光电、压电和铁电等特性，作为一种压电材料，ZnO具有较大的偶合系数，其相互叠加效应，增强了其工作绩效；作为一种光电材料，因其感应能力强，响应时间快，已被用于光学传感器。Al的掺杂，有助于提高膜层透光性和导电性；ZnO材料作为一种多功能性半导体材料，大大拓宽了金属氧化物导电膜的应用范围。

B.原材料容易得到，容易生产得到：

本发明采用蒸馏水代替无水乙醇作溶剂，以醋酸锌作主料，硝酸铝九水作掺杂剂和极少量的镍、铬醋酸盐组织配方，因锌和铝是地壳中是较丰富的资源，相对容易得到，成膜温度只要SnO₂等膜的二分之一，降低了生产过程的能耗成本，产品性价比优势显著，易于推广应用。

C.生产过程中污染小，利于生态环境：

本发明采用醋酸盐和少量硝酸盐替代金属氯化物做组方，在成膜化学反应中根除Cl₂与HCl毒性气体的产生，取而代之的主要是危害小得多的CO₂，虽然CO₂能提高大气温度，也在减排之列，但它又是绿色植物进行光合作用所必须的原料，绿色植物光合作用所产生的O₂和C，恰又是动植物繁衍生息的根本保障，权衡利弊，本发明属环保型制备方法。

本发明具体实施方式：

高效环保电热膜制备方法，包括制备成膜液、净化基材、表面成膜、制作电极、退火定型等工艺步骤，其操作过程如下：

1.制备成膜溶液：

(1)配方组分重量比为：

醋酸锌无水70-120g--------主料，

硝酸铝九水5-11g---------掺杂剂，

醋酸铬0.4-1.2g---------阻值稳定剂

醋酸镍四水0.1-0.5g--------阻值稳定剂，

醋酸适量--------助溶剂，

蒸馏水400-1200g---------溶剂；

(2)成膜液的制备方法：

A：用适量的醋酸将蒸馏水酸化；

B：按配方称取各组分，搅拌下，依次加入到酸化的蒸馏水中，搅拌至全溶液均匀、容器盖好、备用。

2.基材净化：

把耐高温的绝缘基材擦洗干净，干燥，保存，备用。

3.表面成膜：

把干净的绝缘基材装上夹具，送入250-600℃的成膜炉，采用超低容量喷雾法，将成膜液雾化入炉，经一系列的理化反应，生成以ZnO为主的晶相的导电微粒，沉降嵌入基材表面晶格中，堆延形成导电薄膜。

4.制作电极：

在基材成膜表面适当位置涂刷银浆，初步干燥后送入400-750℃还原炉，还原15-40分钟，以得到平整、均匀、致密的银白色银电极为合格。

5.退火定型：

将电极制成后的膜基材送入150-600℃的成膜炉中，通N₂保护下，处理5-25分钟，促使膜层晶格有序化，提高膜层导电性和阻值的稳定性。

本发明与铟、锡金属氧化物导电薄膜相比，具有以下优点：

1．性能优良，用途广泛：

ZnO材料作为一种多功能性半导体材料，大大拓宽了金属氧化物导电膜的应用范围。Al的掺杂，有助于提高膜层透光性和导电性；

2．原材料容易得到，容易生产得到：

本发明采用蒸馏水代替无水乙醇作溶剂，锌和铝是地壳中是较丰富的资源，相对容易得到，成膜温度只要SnO₂等膜的二分之一，降低了生产过程的能耗成本，产品性价比优势显著；

3．生产过程中污染小，利于生态环境：

本发明采用醋酸盐和少量硝酸盐替代金属氯化物做组方，在成膜化学反应中根除Cl₂与HCl毒性气体的产生，仅排出危害小得多的CO₂，本发明属环保型制备方法。

本发明制作的膜加热器，属远红外加热器，红外波长范围在2.5-15μm，同时对人体具有保健效应。

本发明制作的膜加热器，属阻性加热器，无冲击电流，电压适应范围宽，因而有更大的应用范围。

本发明的配方和工艺过程，是通过生成以ZnO为主的晶相的导电微粒，沉降嵌入基材表面晶格中，堆延形成导电薄膜，因而性能更稳定，使用寿命更长。

Claims (5)

1.高效环保电热膜制备方法，包括制备成膜液、净化基材、表面成膜、制作电极、退火定型等工艺步骤，其特征在于所成膜液的配方重量比和制备方法为：

醋酸锌无水70-120g--------主料，

硝酸铝九水5-11g---------掺杂剂，

醋酸铬0.4-1.2g---------阻值稳定剂

醋酸镍四水0.1-0.5g---------阻值稳定剂，

醋酸适量--------助溶剂，

蒸馏水400-1200g--------溶剂；

成膜液的制备方法：

A用适量醋酸将蒸馏水酸化；

B按配方称取各组分，搅拌下依次加入到酸化的蒸馏水中，搅拌至全溶液均匀，盖好，备用。

2.根据权利要求1所述的高效环保电热膜制备方法，其特征在于基材净化是以耐高温的绝缘基材清洁无油污为合格。

3.根据权利要求1所述的高效环保电热膜制备方法，其特征在于表面成膜是将干净的基材装上工夹具后送入250-600℃的成膜炉内，用超低容量喷雾法，把成膜液雾化入炉，经快速理化反应生成的以ZnO为主相的导电微粒，沉降嵌入到基材表面晶格中，堆延形成导电膜层。

4.根据权利要求1所述的高效环保电热膜制备方法，其特征在于制作电极是在基材成膜表面适当位置涂刷银浆，初步干燥后送入400-750℃还原15-40分钟，以得到平整均匀致密的银白色电极为合格。

5.根据权利要求1所述的高效环保电热膜制备方法，其特征在于其退火定型就是在通N₂保护的情况下；把成膜基材于150-600℃下处理5-25分钟，促使膜层晶格有序化，以提高膜层阻值的稳定性。